非标准宇宙模型中的非对称暗物质残留密度研究

Dark matter is one of the most popular topics in astroparticle physics today. In this project, we will investigate the relic abundance of asymmetric dark matter particles that were in thermal equilibrium in the early universe in nonstandard cosmological scenarios. Here the nonstandard cosmological scenario is the scenario where the Hubble parameter is modified. We assume that the asymmetric dark matter is composed of the Dirac particles and they are Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs). Using this assumption, we can extend the relic density calculation of asymmetric dark matter in the standard cosmological scenario to the nonstandard cosmological scenarios. First, we calculate the relic density of asymmetric dark matter in nonstadard cosmological scenario and then using the observational data by Wilkinson Microwave Anistropic Probe (WMAP) to find constraints on the parameter space for the different cosmological models. This will provide the theoretical predictions for the dark matter experiments. It has important implications for dark matter research. The project group have more experiences on this field. We believe we can successfully complete this project.

暗物质研究是近来粒子天体物理最热门的研究课题之一。本项目将在非标准宇宙学模型中研究非对称暗物质粒子的残留密度. 所谓的非标准宇宙学模型指的是宇宙膨胀率即哈伯参数与标准宇宙学模型不同。而非对称暗物质指的是暗物质粒子由一般的Dirac粒子组成。这里我们假设非对称暗物质粒子在早期宇宙中达到热平衡状态，而且非对称暗物质粒子是弱作用的大质量粒子(WIMP)。在这样的假设前提下，我们可以把标准宇宙学模型的非对称暗物质残留密度研究推广到非标准宇宙学模型中去。首先我们可以算出非标准宇宙学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）观测给出的暗物质残留密度数据，对不同的非标准宇宙学模型的参数给出限制范围。这样的研究可以对暗物质探测实验提理论上的指导。对暗物质的研究具有重要意义。本项目组在相关方向已经具有良好的研究基础，相信能保证本项目顺利完成。

项目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。我们涉及到的非标准宇宙模型包括Quintessence模型、scalar-tensor模型、brane-world模型和shear-dominated模型，这些非标准宇宙模型中的哈勃参数和标准宇宙模型中的哈勃参数不同。 如果非对称暗物质粒子在这个修改以后的模型中脱离热平衡态，那么修改以后的哈勃参数会影响最终的非对称暗物质粒子残留密度。我们所讨论的这些宇宙模型中哈勃参数是增长的，这导致非对称暗物质粒子从热平衡态过早脱离，结果非对称暗物质粒子和反粒子的最终残留密度同样有增长量，这个增长量取决于这里的非对称因子和哈勃参数的增长因素。我们利用WMAP（宇宙微波背景辐射）观测结果和Planck数据找到了对非对称因子、暗物质粒子与反粒子的湮灭界面和哈勃增长因子等参数的约束。