重标量粒子支配宇宙时的非对称暗物质残留密度研究

The thermal history of the universe before Big Bang Nucleosynthesis (BBN) is unknown. We will investigate the relic density of the asymmetric Dark Matter in the model where the energy density of the universe is dominated by decaying massive scalar particle φ. When the massive scalar particle φ is decayed to the asymmetric Dark Matter, the entropy is increased, the universe is heated up to the temperature which is called the reheating temperature. If the reheating temperature is smaller than the freeze-out temperature of the asymmetric Dark Matter particle, then the relic density of asymmetric Dark Matter is changed. We first calculate the relic density of asymmetric Dark Matter in this model and then using the observational data like Wilkinson Microwave Anistropic Probe (WMAP) and PLANCK to find the constraints on the parameter space, for example constraints on the reheating temperature etc.

宇宙大爆炸时期BBN（Big Bang Nucleosynthesis）以前宇宙的热力史是未知的。有一种宇宙模型假设宇宙的能量密度在BBN以前是被massive scalar particle φ（重标量粒子）支配。我们在本项目中讨论非对称暗物质在宇宙能量密度被φ支配时产生和从热平衡态脱离冻结的残留密度。φ后来衰变为非对称暗物质粒子时宇宙的熵会增加，这时宇宙温度升高，这个温度叫做再加热温度（reheating temperature）。如果再加热温度比非对称暗物质冻结温度低，那么非对称暗物质的残留密度会与标准宇宙模型预言的不同。我们首先算出这个模型中的非对称暗物质粒子残留密度，然后利用威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）和PLANCK等观测给出的暗物质残留密度数据，对再加热温度等参数给出限制。

该项目中， 第一，在非标准宇宙模型中讨论了非对称暗物质粒子的残留密度。这里非标准宇宙模型指的是宇宙膨胀率H和标准宇宙模型中不同。我们提供了在各种非标准宇宙模型中计算非对称暗物质残留密度的普通的方法。 第二，讨论了非对称暗物质从化学平衡脱耦时的湮灭截面被Sommerfeld增强以后的暗物质残留密度。非对称暗物质模型中，非对称暗物质被假设和轻标量或者矢量介子耦合在一起的。非对称暗物质湮灭界面被Sommerfeld效应增强，Sommerfeld效应是因为非对称暗物质粒子和反粒子的波函数被长程相互作用扭曲而存在的。探讨了Sommerfeld增强对非对称暗物质粒子和反粒子残留密度的的影响。这里我们考虑的是中间介子有质量和无质量两种情况。每个工作中，都利用Planck数据求了非对称因子和湮灭界面等参数的约束。