高能物理 - 现象学
[提交于 2023年6月2日
]
标题: 暗物质来自高维原始黑洞
标题: Dark Matter from Higher Dimensional Primordial Black Holes
摘要: 原始黑洞的蒸发提供了一种有前景的暗物质产生机制,且无需依赖暗物质与标准模型之间任何非引力相互作用。 在“大”额外维度(LEDs)理论中,量子引力的真实尺度$M_*$可能远低于普朗克尺度,从而允许高能粒子碰撞在早期宇宙的等离子体中以低至$T \gtrsim 100$GeV 的温度产生微观黑洞。此外,LEDs 修改了黑洞质量、半径和温度之间的关系,使得微观黑洞能够在早期宇宙中增长到宏观尺寸。 在这项工作中,我们研究了通过LED黑洞产生暗物质的三种情景:1)延迟蒸发黑洞(DEBHs),它们在最终蒸发之前增长到宏观尺寸;2)立即蒸发黑洞(IEBHs),它们立刻蒸发;3)质量为$M_*$的稳定黑洞遗迹,称为Planckeons。 对于给定的再加热温度$T_\mathrm{RH}$,我们表明 DEBHs 产生的暗物质显著少于 IEBHs 和 Planckeons。只要再加热尺度在范围$10^{-2} \leq T_\mathrm{RH}/M_* \leq 10^{-1}$内,IEBHs 就能够产生观测到的暗物质遗留丰度。我们计算了由此产生的暗物质的平均速度,并表明它对所有暗物质质量$m_{dm} \gtrsim 10^{-4}$GeV 都足够冷。 对于量子引力的任何尺度$10^4\,\mathrm{ GeV} \leq M_* \leq M_{Pl}$和任意数量的LEDs,此机制都是可行的。
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