निम्न-तापमान पुनःतापन परिदृश्यों में डार्क मैटर पर यूनिटैरिटी बाउंड: सारांश और निष्कर्ष

लिंक की तालिका

• सार और परिचय
• एस-मैट्रिक्स: एकता और इसके परिणाम
• डार्क मैटर विनाश और यूनिटैरिटी बाउंड
• कम तापमान पर पुनः गर्म करना
• कम तापमान पर पुनः गर्म करके फ्रीज-आउट करें
• सार और निष्कर्ष
• आभार और संदर्भ

6. सारांश और निष्कर्ष

डार्क मैटर (DM) की डे ब्रोगली तरंगदैर्ध्य की आवश्यकता इसे आकाशगंगाओं के अंदर रखने के लिए और तारकीय आकाशगंगा समूह की स्थिरता सामूहिक रूप से DM द्रव्यमान की निचली और ऊपरी सीमा प्रदान करके DM के लिए एक व्यापक अनुमत द्रव्यमान सीमा रखती है। DM के कुछ गुणों को निर्दिष्ट करने से द्रव्यमान सीमा को और अधिक कड़ा किया जा सकता है। दिलचस्प बात यह है कि प्रारंभिक ब्रह्मांड में DM के थर्मल उत्पादन को निर्दिष्ट करके मॉडल-स्वतंत्र ऊपरी सीमा रखी जा सकती है। प्रकीर्णन मैट्रिक्स से आंशिक तरंगों की देखी गई DM बहुतायत और एकता संयुक्त रूप से DM द्रव्यमान पर एक ऊपरी सीमा निर्धारित करती है। मुख्य रूप से, एक सामान्य संख्या-परिवर्तन प्रक्रिया 2 → r के लिए अलोचदार क्रॉस सेक्शन पर ऊपरी सीमाएँ ऑप्टिकल प्रमेय, मैट्रिक्स तत्वों और प्रक्रिया के लिए लोचदार प्रकीर्णन क्रॉस सेक्शन की मदद से प्राप्त की जा सकती हैं। उसके बाद, विस्तृत संतुलन के सिद्धांत को लागू करके r → 2 प्रक्रिया के लिए थर्मली औसत क्रॉस सेक्शन प्राप्त किया जा सकता है। अंत में, थर्मली औसत क्रॉस सेक्शन पर एकता सीमा अवशेष घनत्व बाधाओं को संतुष्ट करने वाले DM द्रव्यमान पर ऊपरी सीमाओं में बदल जाती है। यह ज्ञात है कि 2 → 2 और 3 → 2 DM विनाश प्रक्रियाओं के लिए अधिकतम स्वीकार्य DM द्रव्यमान क्रमशः लगभग 130 TeV और 1 GeV है। हालाँकि, ये सीमाएँ न केवल कण भौतिकी मॉडल पर निर्भर करती हैं, बल्कि ब्रह्मांड के ब्रह्माण्ड संबंधी विकास पर भी बहुत अधिक निर्भर करती हैं, जो केवल तभी मान्य होती हैं जब ब्रह्मांड तथाकथित "मानक ब्रह्माण्ड संबंधी परिदृश्य" का पालन करता है।

इसके बजाय, यह लेख कम तापमान पर पुनः गर्म करने की विशेषता वाले गैर-मानक ब्रह्मांडीय सेटअप में डीएम द्रव्यमान बंधन की खोज करता है। विशेष रूप से, हम i ) किनेनेशन-जैसे परिदृश्यों पर ध्यान केंद्रित करते हैं, जहां प्रारंभिक ब्रह्मांड में एक तरल पदार्थ का प्रभुत्व था, जिसमें ऊर्जा घनत्व होता है जो मुक्त विकिरण की तुलना में तेज़ी से पतला हो जाता है, और ii ) प्रारंभिक पदार्थ-प्रधान परिदृश्य, जहां एक घटक जिसमें ऊर्जा घनत्व होता है जो गैर-सापेक्ष पदार्थ के रूप में स्केल करता है, प्रारंभिक ब्रह्मांड पर हावी होता है और अंततः एसएम कणों में विघटित हो जाता है।

सबसे पहले, हम किनेनेशन जैसे ब्रह्मांड का अध्ययन करते हैं, जिसके लिए मानक विकिरण-प्रधान चित्र की तुलना में डीएम की देखी गई प्रचुरता को संतृप्त करने के लिए एक बड़े तापीय-औसत विनाश क्रॉस सेक्शन की आवश्यकता होती है, क्योंकि इस मामले में, फ्रीज-आउट जल्दी होता है। नतीजतन, डीएम द्रव्यमान की ऊपरी सीमा मानक मामले की तुलना में अधिक कठोर हो जाती है। उदाहरण के लिए, यदि पुनः तापन तापमान कुछ MeVs जितना कम है (बिग बैंग न्यूक्लियोसिंथेसिस युग की शुरुआत के अनुरूप), तो डीएम द्रव्यमान m ≲ 130 TeV की सामान्य सीमा को WIMPs के लिए कुछ TeVs तक कम किया जा सकता है।

समापन से पहले, हम इस बात पर ज़ोर देना चाहते हैं कि प्रारंभिक ब्रह्मांड का विकास काफी हद तक अज्ञात है। ब्रह्मांडीय मुद्रास्फीति के अंत से लेकर पदार्थ-विकिरण समानता तक मानक-मॉडल विकिरण द्वारा प्रभुत्व वाले ब्रह्मांड की मानक धारणा, साथ ही बहुत शुरुआती समय में होने वाले इन्फ़्लैटन-प्रधान से विकिरण-प्रधान ब्रह्मांड में संक्रमण को हल्के में नहीं लिया जा सकता। इसे ध्यान में रखते हुए, यहाँ हमने कम तापमान वाले पुनर्तापन परिदृश्यों के मामले में डीएम पर यूनिटैरिटी बाउंड के प्रभाव का अध्ययन किया है।