普朗克尺度下暗物质与全局对称性的严格约束

本文主要探讨的是暗物质与整体对称性的关系及其在量子引力理论框架下的潜在影响。在相对论和量子力学的普遍考量下，存在一种可能性，即在量子引力理论中，连续的整体对称性可能被排除。研究者针对这一假设，通过对伽玛射线、X射线、宇宙射线、中微子和宇宙微波背景辐射(CMB)的数据进行深入分析，得出了关于暗物质粒子稳定性所依赖的全局对称性的严格限制。 文章的重点在于计算和评估普朗克尺度上抑制的五维有效算子对于暗物质衰变的影响。作者提供了一种模型独立的方法，用于估计这些不可重整化算子导致的暗物质寿命，并将其应用于多种具体模型，如“两希格斯-双重峰”模型、“左-右”模型、“单峰费米子”模型、Zee-Babu模型、3-3-1模型以及“辐射跷跷板”模型。这些模型通常在构建暗物质理论时被考虑，以解释观测到的宇宙现象。 研究者假设了几个关键条件：（i）普朗克尺度上的全局对称性被自然地打破；（ii）影响暗物质衰变的不可重整化算子具有O（1）强度的耦合；（iii）暗物质是由单一状态的场构成；（iv）暗物质的密度分布可以被标准的牛顿-瓦尔德(NFW)轮廓很好地描述。基于这些假设，他们排除了宽广的质量范围（从keV到TeV），涉及铁离子、矢量和标量类型的暗物质候选物，特别是那些依赖于弱相互作用大规模粒子(WIMP)机制的模型。 这篇论文通过结合理论分析和实际观测数据，对暗物质的性质和其与宇宙学常数的关系进行了严谨的探讨，对于理解暗物质的本质和宇宙结构的形成提供了重要的约束。其工作不仅有助于缩小暗物质候选者的范围，也为未来的实验设计和理论探索指明了方向。