[论文解读] Predictive Dark Matter from Left-Right Symmetry

Pei-Hong Gu|arXiv (Cornell University)|Jan 8, 2010

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用 6

一句话总结

本文提出一个左右对称模型，其中较重的中性单态费米子生成小的中微子质量，同时产生轻子不对称性以实现重子生成，并产生右手中微子的剩余密度作为暗物质。暗物质性质由中微子质量和重子不对称性严格约束，非热产生的右手中微子可解释银河系银心区域511 keV的光子辐射通量。

ABSTRACT

In the left-right symmetric models without bi-doublet Higgs scalars, the standard model fermions can obtain masses by integrating out heavy charged singlet fermions. We find the decays of heavy neutral singlet fermions, responsible for generating small neutrino masses, can simultaneously produce a left-handed lepton asymmetry for baryon asymmetry and a relic density of right-handed neutrinos for dark matter. Benefited from the left-right symmetry, the properties of the dark matter can be well determined by the neutrino masses and the baryon asymmetry. We also indicate that the decays of the non-thermally produced right-handed neutrinos can explain the observed fluxes of 511 keV photons from the Galactic bulge.

研究动机与目标

• 在不引入双二重态希格斯标量的情况下，解释小中微子质量的起源。
• 同时生成用于重子生成的轻子不对称性和作为暗物质的右手中微子剩余密度。
• 通过左右对称性，将暗物质性质与中微子质量及观测到的重子不对称性直接关联。
• 通过右手中微子的非热衰变解释银河系银心区域观测到的511 keV光子辐射。

提出的方法

• 通过积分掉较重的带电单态费米子，在左右对称模型中生成小中微子质量。
• 分析较重中性单态费米子的衰变，以产生左手轻子不对称性和右手中微子暗物质。
• 利用左右对称性，将右手中微子的质量与中微子质量及重子不对称性关联起来。
• 计算右手中微子的非热产生速率及其衰变为电子-正电子对，以产生511 keV光子。
• 在左右对称框架中应用跷跷板机制，同时约束暗物质和轻子不对称性。
• 通过右手中微子的衰变宽度和丰度，将预测的511 keV通量与银河系银心的观测结果匹配。

实验结果

研究问题

• RQ1 重中性单态费米子的衰变是否能同时产生轻子不对称性和右手中微子暗物质的剩余密度？
• RQ2 左右对称性如何约束右手中微子暗物质的性质，使其与中微子质量和重子不对称性相关联？
• RQ3 右手中微子的非热衰变能否解释银河系银心区域观测到的511 keV光子通量？
• RQ4 较重的带电单态费米子在不引入双二重态希格斯标量的情况下，如何生成小中微子质量？
• RQ5 通过重中性费米子的衰变过程，暗物质剩余密度与重子不对称性之间存在何种关联？

主要发现

• 较重中性单态费米子可通过跷跷板机制生成小中微子质量，而无需引入双二重态希格斯标量。
• 这些费米子的衰变产生左手轻子不对称性，有助于解释宇宙中观测到的重子不对称性。
• 相同衰变过程产生右手中微子的剩余密度，其性质与中微子质量紧密关联。
• 右手中微子的非热衰变可产生与银河系银心观测一致的511 keV光子。
• 在左右对称性的约束下，通过相同的衰变过程同时解释了暗物质丰度与重子不对称性。
• 该模型提供了一个统一框架，连接中微子质量生成、重子生成与暗物质，并对511 keV谱线提出可检验的预测。