Unitarité liée à la matière noire dans les scénarios de réchauffage à basse température : résumé et conclusion

Tableau des liens

• Résumé et introduction
• Matrice S : l’unité et ses conséquences
• Annihilation de la matière noire et unitéarité liée
• Réchauffage à basse température
• Congélation avec réchauffage à basse température
• Sommaire et conclusion
• Remerciements et références

6. Résumé et conclusion

L'exigence de la longueur d'onde de Broglie de la matière noire (DM) pour la maintenir à l'intérieur des galaxies et la stabilité de l'amas de galaxies stellaires établissent collectivement une large plage de masse autorisée pour la DM en fournissant respectivement les limites inférieure et supérieure de la masse de la DM. La spécification de certaines propriétés du DM peut encore resserrer la plage de masse. Il est intéressant de noter que l’on peut établir une limite supérieure indépendante du modèle en spécifiant la production thermique de matière sèche dans l’univers primitif. L'abondance observée du DM et l'unité des ondes partielles de la matrice de diffusion placent conjointement une limite supérieure à la masse du DM. Principalement, les limites supérieures de la section efficace inélastique pour un processus général de changement de nombre 2 → r peuvent être dérivées à l'aide du théorème optique, des éléments matriciels et de la section efficace de diffusion élastique du processus. Après cela, on peut obtenir la section efficace moyenne thermiquement pour le processus r → 2 en invoquant le principe de l'équilibre détaillé. Enfin, les limites d'unitarité sur la section efficace moyenne thermiquement se traduisent par les limites supérieures de la masse de DM satisfaisant les contraintes de densité relique. On sait que la masse maximale autorisée de DM pour les processus d’annihilation 2 → 2 et 3 → 2 DM est d’environ 130 TeV et 1 GeV, respectivement. Cependant, ces limites ne dépendent pas seulement du modèle de physique des particules, mais dépendent également fortement de l’évolution cosmologique de l’univers, n’étant valables que si l’univers a suivi ce que l’on appelle le « scénario cosmologique standard ».

Au lieu de cela, cet article explore la masse de DM liée dans des configurations cosmologiques non standard caractérisées par un réchauffage à basse température. En particulier, nous nous concentrons sur i ) les scénarios de type kination, dans lesquels l'univers primitif était dominé par un fluide avec une densité d'énergie qui se dilue plus rapidement que le rayonnement libre, et ii ) les premiers scénarios dominés par la matière, dans lesquels un composant avec une densité d'énergie qui évolue à mesure que la matière non relativiste domine l'univers primitif et finit par se désintégrer en particules SM.

Premièrement, nous étudions l’univers de type kination, qui nécessite une section efficace d’annihilation moyenne thermiquement plus grande pour saturer l’abondance observée de DM par rapport à l’image standard dominée par le rayonnement puisque, dans ce cas, le gel se produit tôt. En conséquence, la limite supérieure de la masse de DM devient plus stricte que dans le cas standard. Par exemple, si la température de réchauffage est aussi basse que quelques MeV (correspondant au début de l’époque de nucléosynthèse du Big Bang), la limite habituelle de la masse du DM m ≲ 130 TeV peut être réduite à quelques TeV pour les WIMP.

Avant de terminer, nous souhaitons souligner que l’évolution de l’univers primitif est largement inconnue. L'hypothèse standard d'un univers dominé par le rayonnement du modèle standard depuis la fin de l'inflation cosmologique jusqu'à l'égalité matière-rayonnement, ainsi qu'une transition d'un univers dominé par l'inflation à un univers dominé par le rayonnement se produisant très tôt, ne peut être prise pour acquis. accordé. Gardant cela à l’esprit, nous avons étudié ici l’impact de l’unitarité liée sur la matière sèche dans le cas de scénarios de réchauffage à basse température.