저온 재가열 시나리오에서 암흑물질에 결합된 단일성: 개요 및 소개

링크 표

• 초록 및 소개
• S-행렬: 단일성과 그 결과
• 암흑물질 소멸과 단일성의 경계
• 저온 재가열
• 저온 재가열로 인한 동결
• 요약 및 결론
• 감사의 말과 참고자료

추상적인

열 암흑 물질(DM) 질량에 대한 모델 독립적 이론적 상한은 관찰된 전체 DM 풍부도를 특징으로 하는 최대 비탄성 DM 단면에서 파생될 수 있습니다. 우리는 표준 모델 입자를 포함하거나 암흑 구역 내에서만 발생할 수 있는 일반적인 숫자 변경 프로세스 r → 2(r ≥ 2)에 대한 최대 열 평균 단면을 도출하기 위해 산란 행렬의 부분파 단일성을 배치합니다. s파 소멸에 대한 DM 질량의 일반적인 상한선은 r = 2(3)인 경우 약 130 TeV(1 GeV)이며, 표준 우주론 시나리오에서 동결이 발생하는 경우에만 적용됩니다. 우리는 저온 재가열을 특징으로 하는 두 가지 비표준 우주 진화의 영향, 즉 i) 키네이션과 유사한 시나리오와 ii) 초기 물질이 지배하는 시나리오의 영향을 고려합니다. 첫 번째 경우, 조기 동결은 WIMP에 대해 소수의 TeV에 묶인 단일성을 강화합니다. 두 번째 경우에는 WIMP DM이 큰 엔트로피 희석으로 인해 ~ 1010 GeV만큼 무거울 수 있습니다.

1. 소개

우주 초기 단계의 특정 DM 생산 패러다임을 고려하면 실행 가능한 DM 후보의 질량 범위를 더욱 제한할 수 있습니다. 예를 들어, DM에서 SM 입자로의 숫자 변화 쌍 소멸은 현재 질량 밀도를 결정하며, 초기 우주의 열 수프와 화학적 및 운동학적 평형을 유지합니다. 흥미롭게도 S-행렬의 단일성에 대한 요구 사항은 이 시나리오에 대한 DM 질량에 대한 모델 독립적 상한을 설정합니다[12, 13]. 단일성의 의미는 최대 비탄성 단면을 제공하여 동결된 DM의 최소 수 밀도를 고정합니다. 이 수 밀도를 사용하면 관찰된 유물 밀도를 충족하여 최대 허용 DM 질량을 설정할 수 있습니다. 장거리 힘을 갖는 DM 이론에서 DM의 결합 상태는 비탄력적 소멸 속도를 억제함으로써 결합된 단일성을 완화할 수 있으므로 형성될 수 있습니다[14-16]. 또한, 입자-반입자 비대칭성을 갖는 암흑 구역은 DM에 대한 0이 아닌 평형 화학 전위를 파악하도록 강제하여 동결 시 증가된 유효 DM 수 밀도에 대한 요구로 인해 단위성 한계를 더욱 제한합니다[15, 17] . 또한 DM에 대한 다양한 간접 검색으로 인해 일부 특정 시나리오에서는 DM 질량에 더 낮은 제한이 적용될 수 있습니다. S파 과정을 통해 가시 상태로 소멸되는 열 DM에 대한 강력한 모델 독립적 하한은 약 20GeV입니다[18]. 또한 최근에는 보다 제한적인 하한선이 발견되었습니다. HESS 및 기타 업데이트된 관측 데이터를 고려하면 하한은 200GeV인 것으로 나타났습니다[19].

특히, 지금까지 언급된 모든 DM 시나리오는 DM 쌍이 SM 입자 쌍으로 소멸되는 2 → 2 숫자 변경 프로세스, 즉 WIMP(Weakly Interacting Massive Particle) 패러다임에 주목합니다. .[1] 더욱이 숫자 변경 프로세스에는 SM 입자가 포함될 필요가 없으므로 암흑 구역 내에서도 발생할 수 있습니다. 이 시나리오의 최소한의 실현은 이러한 종류의 숫자 변화 반응이 단일 DM 종을 포함하는 3 → 2 공정입니다. 일반적으로 이러한 프로세스는 새로운 규모의 자체 상호 작용을 갖춘 DM 이론과 자체 상호 작용 DM [29-31], SIMP (Strongly Interacting Massive Particle) 패러다임 [32-49] 또는 심지어 ELastically와 같은 여러 맥락에서 발생합니다. ELDER(Decoupling Relic) 시나리오 [50, 51].

우주의 초기 역사가 DM 생성에 중요한 역할을 한다는 점을 언급하는 것이 중요합니다. 그 당시 열적 DM의 분리가 일어났기 때문입니다. 일반적으로 DM 연구에서는 빅뱅 핵합성(BBN) 이전에 방사선 에너지 밀도가 에너지 수지를 지배한다고 가정하는 표준 우주론적 그림을 고려합니다. 그러나 매우 높은 온도에서 에너지 함량에 대한 직접적인 증거는 없습니다. 그러므로 수정된 우주론이 DM 생산에 미치는 영향을 살펴보는 것이 중요합니다. 최근, 일반적으로 수명이 긴 거대 입자의 붕괴[48, 52-71] 또는 원시 블랙홀의 호킹 증발[72-95]에 의해 촉발되는 비표준 팽창 기간의 DM의 진화는 다음과 같습니다. 점점 더 많은 관심을 받고 있습니다.[2] 그러한 모든 연구는 비표준 우주론이 관측된 DM의 유물을 만족시키는 데 필요한 열 평균 단면의 값을 변경한다는 사실을 지적합니다. 열 평균 단면의 이러한 수정은 DM의 단위 질량 경계를 변경할 수도 있습니다. 최근 기사에서 저자는 초기 물질 지배가 단일성 한계에 미치는 영향을 연구했습니다[112].

이 글은 다음과 같이 꾸며졌습니다. 섹션 2와 3에서는 Smatrix의 단일성에 의해 허용되는 최대 열 평균 단면적에 대한 자세한 유도를 제시합니다. 우리는 섹션 4에서 두 가지 다른 비표준 우주론적 그림, 즉 키네이션 유사 및 후기 재가열에 대해 논의합니다. 섹션 5에서는 방사선 지배 우주와 언급된 수정된 우주론에 대한 동결 및 단면에 대한 분석 표현을 보여줍니다. 우리의 결과를 보여주세요. 마지막으로 섹션 6에서 우리의 연구 결과를 요약합니다.

[1] 또는 최종 상태에서 DM과 SM 입자(반소멸)를 가질 수도 있고[23-27], 초기 상태에서 DM과 암흑 섹터의 다른 입자(공소멸)를 가질 수도 있습니다.[28] .

[2] 재가열 온도가 낮거나 물질이 지배하는 초기 단계의 중핵 발생에 대한 연구는 Refs. 각각 [52, 96–100] 및 [101–104]. 더욱이, 초기 물질 시대의 시나리오에서 원시 중력파의 생성은 최근 특별한 주목을 받았습니다[105-111].