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arXiv 2602.03384hep-ph
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从 type-III 双缝机制与模 $S_4$ 对称性中产生非对称暗物质

Asymmetric dark matter from leptogenesis in type-III seesaw framework with modular $S_4$ symmetry

National Institute of Technology, Tiruchirappalli(特鲁契拉帕利国立理工学院)

Abhishek, V. Suryanarayana Mummidi

AI总结:

该研究通过 type-III 双缝机制与模 $S_4$ 对称性,实现重子与暗物质的协同生成,预测了暗物质质量及中微子振荡参数。

摘要:

我们提出一个统一框架,结合模 $S_4$ 对称性与 type-III 双缝机制,用于解释中微子质量、重子生成和暗物质。所有杨-米尔斯耦合、CP 相位和味纹理均源自单一复模量 $τ$,其真空期望值控制可见和暗物质领域的动态。相同的模参数决定了中微子质量矩阵、驱动共振双缝生成的 CP 非对称性,并关联由此产生的重子和暗物质丰度。详细的数值分析表明,该模型在正常顺序下能再现所有中微子振荡数据,符合 NuFIT~5.2 (2024) 的 $3σ$ 范围,预测 $δ_{\rm CP} \simeq \pm (150^\circ-180^\circ)$,$\sum m_ν\simeq(0.06-0.08)~\mathrm{eV}$,以及有效 Majorana 质量 $m_{ββ} \simeq (8 - 18)\times 10^{-3}~\mathrm{eV}$,可被下一代中微子less双β衰变实验检验。相同的模杨-米尔斯耦合在 $M_Σ\sim 10^{7}~\mathrm{GeV}$ 时产生共振增强的 CP 非对称性 $|ε_{L,χ}| \sim 10^{-9}-10^{-6}$,成功生成观测到的重子不对称性 $η_B\simeq6\times10^{-10}$ 和暗物质 relic 密度 $Ω_χh^2\simeq0.12$,无需额外自由参数。预测的关联 $Ω_χ/Ω_B\simeq5.4$ 将暗物质质量固定为 $m_χ\simeq0.1-2~\mathrm{GeV}$,与所有当前约束一致。该框架因此实现了完全可预测的重子-暗物质共生成,其中模对称性的几何结构连接了味、CP 违反和宇宙物质不对称性的起源。

英文摘要:

We present a unified framework for neutrino masses, baryogenesis, and dark matter based on a modular $S_4$ symmetry combined with a type-III seesaw mechanism. All Yukawa couplings, CP phases, and flavor textures originate from a single complex modulus $τ$, whose vacuum expectation value controls both visible and dark sector dynamics. The same modular parameter fixes the neutrino mass matrix, determines the CP asymmetries driving resonant leptogenesis, and correlates the resulting baryon and dark matter abundances. A detailed numerical analysis shows that the model reproduces all neutrino oscillation data within the $3σ$ NuFIT~5.2 (2024) ranges for normal ordering, predicting $δ_{\rm CP} \simeq \pm (150^\circ-180^\circ)$, $\sum m_ν\simeq(0.06-0.08)~\mathrm{eV}$, and an effective Majorana mass $m_{ββ} \simeq (8 - 18)\times 10^{-3}~\mathrm{eV}$, testable in next-generation neutrinoless double-beta decay experiments. The same modular Yukawas yield resonantly enhanced CP asymmetries $|ε_{L,χ}| \sim 10^{-9}-10^{-6}$ at $M_Σ\sim 10^{7}~\mathrm{GeV}$, successfully generating the observed baryon asymmetry $η_B\simeq6\times10^{-10}$ and dark relic density $Ω_χh^2\simeq0.12$ without additional free parameters. The predicted correlation $Ω_χ/Ω_B\simeq5.4$ fixes the dark matter mass to $m_χ\simeq0.1-2~\mathrm{GeV}$, consistent with all current constraints. This framework therefore realizes a fully predictive baryon$-$dark matter co-genesis, where the geometry of the modular symmetry links the origin of flavor, CP violation, and the cosmic matter asymmetry.

机构、总结、中文摘要均由AI分析而来,可能存在错误,请以论文正文为准。

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