Über die Konsequenzen der Z2Z2\mathbb{Z}_2-Invarianz in Dunkle-Materie-Modellen

Question

Über die Konsequenzen der Z2Z2\mathbb{Z}_2-Invarianz in Dunkle-Materie-Modellen

Modelle
Physik
Kosmologie
Dunkle Materie
Teilchenphysik
Beyond-the-Standard-Modell

SRS

In diesem vielzitierten Artikel wird über eine minimale renormierbare Erweiterung des Standardmodells (SM) gesprochen, um dunkle Materie (DM) durch Hinzufügen eines echten Skalarfelds darin zu integrieren $S$ die (im Gegensatz zum Higgs-Dublett $H$ ) ist ein Singlet unter der vollen SM-Gauge-Gruppe. Aber wir müssen einen Preis zahlen, wir müssen drei weitere freie Parameter in die Theorie einführen (zusätzlich zu denen, die bereits im Standardmodell vorhanden sind): (i) die Masse des neuen Skalars $m_0$ , (ii) dimensionslose Selbstkopplung des Skalars $\lambda_S$ , und (iii) eine dimensionslose Kopplung an das Higgs $\lambda$ .

Der leistungszählende renormierbare Lagrange des Modells ist daher

\begin{matrix} (1) & L = L_{S M} + \frac{1}{2} (\partial_{μ} S)^{2} - \frac{1}{2} M_{0}^{2} S^{2} - \frac{1}{4} λ_{S} S^{4} - λ S^{2} (H^{†} H) \end{matrix}

$\mathscr{L}=\mathscr{L}_{\rm SM}+\frac{1}{2}(\partial_\mu S)^2-\frac{1}{2}m_0^2S^2-\frac{1}{4}\lambda_SS^4-\lambda S^2(H^\dagger H)\tag{1}$ wo ein

Z_{2}

$\mathbb{Z}_2$ Es wird eine Invarianz vorgeschlagen, bei der alle SM-Felder gerade sind, aber S ungerade ist, dh

S \to - S

$S\to -S$ unter

Z_{2}

$\mathbb{Z}_2$ . Dies verbietet lineare (

λ_{1} S

$\lambda_1 S$ ), kubisch (

λ_{3} S^{3}

$\lambda_3S^3$ ), Und

λ^{'} S (H^{†} H)

$\lambda^\prime S(H^\dagger H)$ Begriffe im Lagrange.

Wie ich verstehen kann, indem ich den Begriff verbiete $\sim S(H^\dagger H)$ „Man kann den Zerfall der Dunklen Materie verhindern $S$ in ein Paar von SM-Higgs-Bosonen" und erhalten die Konstanz der beobachteten kosmologischen Relikthäufigkeit. Aber das wird sowieso kinematisch verboten sein, wenn die Masse von $S$ stellt sich heraus, dass es weniger als die doppelte Masse des Higgs hat.

Nachtrag Wenn der Begriff $S(H^\dagger H)$ fehlt, wie folgt die Vernichtung $SS\to H\to XX$ , Wo $X=g,b, W,Z^0$ (wie in Abb. 1 dargestellt) möglich? Übersehe ich etwas? Außerdem, wenn es passiert, wird es nicht ständig den Überfluss an Reliquien erschöpfen?

Kann mich jemand aufklären, wenn man bedenkt, dass ich kein Experte auf diesem Gebiet bin.

anna v

Warum versuchst du es nicht mal mit physicaloverflow.org , das eher theoretisch orientiert ist?

Bild357

In Richtung Nachtrag: Wenn Ihr

H

$H$ bekommt ein VEV, können Sie so etwas haben

S^{2} h

$S^2 h$ nach Symmetriebruch wo

h

$h$ ist zum Beispiel ein reeller neutraler Skalar von

H

$H$ . Beachten Sie, dass dies Ihre nicht brechen würde

Z_{2}

$\mathbb{Z}_2$ Symmetrie, weil dieser Scheitelpunkt sie bewahrt:

(- 1) \cdot (- 1) = 1

$(-1) \cdot (-1) = 1$

SRS

Lieber @image Danke. Also ist es die

S^{h}

$S^h$ Verantwortlicher Begriff

S S \to h \to X X

$SS\to h\to XX$ . Aber würden diese Vernichtungen der Dunklen Materie die Dichte der Dunklen Materie nicht kontinuierlich verringern? Aber ich weiß, dass es nicht möglich ist, weil wir eine konstante Reliktdichte haben. Was fehlt mir hier?

Bild357

Ja, sie können es verringern. Dies bestimmt, wie viel Reliktdichte nach dem Einfrieren übrig bleibt. Vor dem Ausfrieren ist die Temperatur hoch genug, dass XX einige (schwere) SS-Paare produzieren kann. Es entsteht ein thermisches Gleichgewicht und die Dichten von S,h,X sind stabil. Während des Freeze-out werden die Vernichtungssätze "SS

\to

$\rightarrow$ etwas" wird bestimmen, wie viel von S übrig bleibt. Nach dem Freeze-out, das ist der Zeitraum, in dem die Expansionsrate des Universums so groß ist, dass effektiv kein S auf ein anderes S trifft, wird die Reliktdichte (ungefähr ) stabil, weil S nicht selbst zerfallen kann.

Antworten (1)

Über die Konsequenzen der Z2Z2\mathbb{Z}_2-Invarianz in Dunkle-Materie-Modellen

Warum versuchst du es nicht mal mit physicaloverflow.org , das eher theoretisch orientiert ist?
In Richtung Nachtrag: Wenn Ihr $H$ bekommt ein VEV, können Sie so etwas haben $S^2 h$ nach Symmetriebruch wo $h$ ist zum Beispiel ein reeller neutraler Skalar von $H$ . Beachten Sie, dass dies Ihre nicht brechen würde $\mathbb{Z}_2$ Symmetrie, weil dieser Scheitelpunkt sie bewahrt: $(-1) \cdot (-1) = 1$
Lieber @image Danke. Also ist es die $S^h$ Verantwortlicher Begriff $SS\to h\to XX$ . Aber würden diese Vernichtungen der Dunklen Materie die Dichte der Dunklen Materie nicht kontinuierlich verringern? Aber ich weiß, dass es nicht möglich ist, weil wir eine konstante Reliktdichte haben. Was fehlt mir hier?
Ja, sie können es verringern. Dies bestimmt, wie viel Reliktdichte nach dem Einfrieren übrig bleibt. Vor dem Ausfrieren ist die Temperatur hoch genug, dass XX einige (schwere) SS-Paare produzieren kann. Es entsteht ein thermisches Gleichgewicht und die Dichten von S,h,X sind stabil. Während des Freeze-out werden die Vernichtungssätze "SS $\rightarrow$ etwas" wird bestimmen, wie viel von S übrig bleibt. Nach dem Freeze-out, das ist der Zeitraum, in dem die Expansionsrate des Universums so groß ist, dass effektiv kein S auf ein anderes S trifft, wird die Reliktdichte (ungefähr ) stabil, weil S nicht selbst zerfallen kann.

Bild357 · Answer 1

Der gebräuchlichste Weg, um Kandidaten für dunkle Materie zu haben, besteht darin, ein Modell zu formulieren, das eine gewisse diskrete Symmetrie aufweist, für die Sie neue konservierte Quantenzahlen zuweisen können. Die einfachste Symmetrie ist $\mathbb{Z}_2$ : zuordnen $+1$ zu allen Partikeln des Standardmodells (SM) und $-1$ zu allen Partikeln des dunklen Sektors. Daher wird es keine Nettozerstörung von geben $-1$ Ladungen, also Dunkle Materie, wenn die Lagrangedichte unter dieser Symmetrie invariant ist $\Rightarrow$ Dunkle Materie ist stabil.

Wie Sie bemerkt haben, können auch kinematische Einschränkungen einen bestimmten Abklingpfad verhindern, wenn eine solche Symmetrie nicht vorhanden ist. Kinematische Beschränkungen gelten jedoch nur für externe Beine. Nichts hindert Ihr "nicht-symmetrisch (meta)-stabilisiertes" Teilchen daran, auf Schleifenebene in etwas viel Leichteres als das SM-Higgs-Boson zu zerfallen, zB in ein Paar Elektronen und Positronen über interne SM-Higgs-Boson-Propagatoren.

Sie können Ihr Teilchen als Neutrinos noch leichter machen, aber dies wird durch astrophysikalische Beobachtungen ausgeschlossen. Etwas so Leichtes wie ein Neutrino stellt heiße dunkle Materie dar, die durch Beobachtungen stark eingeschränkt wird. Kalte (schwere) Dunkle Materie muss irgendwie stabilisiert werden. Wenn sie stabil ist, dann findest du immer eine erhaltene Quantenzahl und damit eine Symmetrie deiner Theorie. Höchstwahrscheinlich ein diskreter.

Es müssen nicht einige sein $\mathbb{Z}_n$ Symmetrie. Es kann wirklich alles sein. Hier ist ein Beispiel mit Kandidaten für dunkle Materie, die durch eine verallgemeinerte CP-Symmetrie stabilisiert werden: https://arxiv.org/abs/1512.09276

Können Sie bitte etwas zu dem Zusatz sagen, den ich hinzugefügt habe? @Bild

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anna v

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