暗黒物質のユニタリー性限界：低温再加熱による凍結

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• 概要と序文
• S 行列: ユニタリ性とその帰結
• 暗黒物質の消滅とユニタリー性の限界
• 低温再加熱
• 低温再加熱による凍結防止
• 要約と結論
• 謝辞と参考文献

5. 低温再加熱による凍結防止

このセクションでは、DMの凍結アウトの2つのケースを検討する。1つ目は可視凍結アウトに対応し、2つのDM粒子が2つのSM状態に消滅し、熱平均した全消滅断面積は⟨σv⟩となる。DM数密度nの発展は、ボルツマン方程式[20]で記述できる。

5.1. キネーションのような

以下では、式(5.6)と式(5.7)をキネーションのような宇宙論の文脈で解析的に解く。便宜上、ダークフリーズアウトに対応するケースから始める。

5.1.1. ダークフリーズアウト

凍結が放射支配時代に起こった場合、式（5.7）は、DM凍結から今日まで（すなわち、温度が低いためxが大きい）解析的に解くことができる。

観測されたDM遺物密度全体に一致させるためには、

あるいは、再加熱中に凍結が起こった場合

式(4.6)のHの2つの領域を強調するために、積分は2つの部分に分割されている。したがって、

5.1.2. 目に見える凍結

式(5.6)の可視凍結のケースは、前の節で示したのと同じ手順で計算できる。しかし、式(5.10)と式(5.13)でr = 2を固定して導出することもできる。その場合、

放射線支配時代の凍結、または

再加熱中。

5.2. 初期の物質支配

凍結温度は式(4.8)と式(5.4)または式(5.5)を比較することで推定でき、次のように表される。

次に、初期物質優位シナリオにおける式(5.16)と式(5.17)の解析解を示す。便宜上、ダークフリーズアウトに対応するケースから始める。

5.2.1. ダークフリーズアウト

凍結が放射期間中に起こる場合、式(5.17)の解、または式(5.7)の等価な解は式(5.10)で示される。一方、凍結が再加熱期間中に起こる場合、

5.2.2. 目に見える凍結

凍結が放射支配中に起こる場合、式(5.16)の解は式(5.14)の解と同じになる。一方、凍結が再加熱中に起こる場合、代わりに

これは単に式(5.20)のr = 2の極限に対応する。