PeV尺度暗物质：解耦扇区的热遗迹

"这篇论文探讨了暗物质作为解耦扇区的热遗物的可能性，其中暗物质属于一个在早期宇宙中与标准模型热力学分离的重隐藏扇区。在这种场景下，暗物质通过湮灭至更轻的亚稳态来冻结其丰度，这种亚稳态随后成为宇宙能量密度的主要组成部分。当这个亚稳态衰变时，会重新加热可见宇宙扇区，并稀释所有已存在的遗迹丰度，使得暗物质的质量可以比弱相互作用尺度重几个数量级。作者们特别研究了一个狄拉克费米子作为暗物质候选者的模型，该模型与大质量规范玻色子耦合，玻色子通过与高电荷粒子的动力学混合衰减至标准模型。他们确定了参数空间，允许暗物质质量在1 PeV到100 PeV之间，同时避免在早期宇宙中产生过量的暗物质。" 在这篇《Physics Letters B》的论文中，作者Asher Berlin、Dan Hooper和Gordan Krnjaic提出了一种新的暗物质理论框架。他们假设暗物质存在于一个独立的、与标准模型几乎不相互作用的热能扇区。在宇宙早期，由于这个扇区与标准模型的热解耦，暗物质粒子在没有与标准模型粒子相互作用的情况下达到冻结状态，即停止了相互湮灭的过程。这一过程导致暗物质的密度逐渐增加，最终成为宇宙能量密度的主要部分。 暗物质的冻结出过程是通过暗物质粒子湮灭到一个较轻且处于亚稳定状态的粒子，这个亚稳定状态粒子随后衰变。这种衰变不仅对暗物质的丰度有直接影响，还对整个宇宙的热历史产生了影响。当这个亚稳态粒子衰变时，它会向可见宇宙扇区释放能量，导致宇宙的再次加热（再加热阶段），同时会稀释原有的宇宙微波背景辐射、轻元素丰度等宇宙遗迹的密度，使得暗物质的相对丰度得以保持。 为了具体实现这一理论，作者们提出了一个模型，其中暗物质由狄拉克费米子构成，它们与一种大质量的规范玻色子耦合。这个玻色子能够通过与具有高电荷的粒子的相互作用衰减到标准模型中的粒子。通过这种方式，作者们探索了不同参数组合，以确保暗物质的质量在1 PeV到100 PeV之间，同时避免在宇宙早期形成过量的暗物质，这可能会对宇宙的演化产生不利影响。 研究的这部分还涉及到了计算和分析这些模型的可行参数空间，以及如何与现有的观测数据和实验结果相协调。这种高能级的暗物质概念不仅为理解暗物质的性质提供了新的视角，也为粒子物理和宇宙学的交叉领域带来了新的挑战和机遇。这种理论对于未来的粒子探测实验和宇宙背景辐射的观测有着重要的指导意义，可能为揭示暗物质的秘密打开一扇新的窗口。