<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Phys.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Physics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Phys.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-424X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2017.00053</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Physics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Multicomponent Dark Matter in Radiative Seesaw Models</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Aoki</surname> <given-names>Mayumi</given-names></name>
<xref ref-type="author-notes" rid="fn001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/405983/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Kaneko</surname> <given-names>Daiki</given-names></name>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/465975/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Kubo</surname> <given-names>Jisuke</given-names></name>
</contrib>
</contrib-group>
<aff><institution>Institute for Theoretical Physics, Kanazawa University</institution>, <addr-line>Kanazawa</addr-line>, <country>Japan</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Frank Franz Deppisch, University College London, United Kingdom</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Arindam Das, Korea Institute for Advanced Study, South Korea; Michael Duerr, Deutsches Elektronen-Synchrotron (HZ), Germany</p></fn>
<fn fn-type="corresp" id="fn001"><p>&#x0002A;Correspondence: Mayumi Aoki <email>mayumi&#x00040;hep.s.kanazawa-u.ac.jp</email></p></fn>
<fn fn-type="other" id="fn002"><p>This article was submitted to High-Energy and Astroparticle Physics, a section of the journal Frontiers in Physics</p></fn></author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>01</day>
<month>11</month>
<year>2017</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2017</year>
</pub-date>
<volume>5</volume>
<elocation-id>53</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>04</day>
<month>08</month>
<year>2017</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>10</day>
<month>10</month>
<year>2017</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2017 Aoki, Kaneko and Kubo.</copyright-statement>
<copyright-year>2017</copyright-year>
<copyright-holder>Aoki, Kaneko and Kubo</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) or licensor are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p></license>
</permissions>
<abstract><p>We discuss radiative seesaw models, in which an exact <inline-formula><mml:math id="M73"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> symmetry is imposed. Due to the exact <inline-formula><mml:math id="M74"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> symmetry, neutrino masses are generated at a two-loop level and at least two extra stable electrically neutral particles are predicted. We consider two models: one has a multi-component dark matter system and the other one has a dark radiation in addition to a dark matter. In the multi-component dark matter system, non-standard dark matter annihilation processes exist. We find that they play important roles in determining the relic abundance and also responsible for the monochromatic neutrino lines resulting from the dark matter annihilation process. In the model with the dark radiation, the structure of the Yukawa coupling is considerably constrained and gives an interesting relationship among cosmology, lepton flavor violating decay of the charged leptons and the decay of the inert Higgs bosons.</p></abstract>
<kwd-group>
<kwd>neutrino mass</kwd>
<kwd>dark matter</kwd>
<kwd>radiative seesaw mechanism</kwd>
<kwd>flavor physics</kwd>
<kwd>dark radiation</kwd>
</kwd-group>
<counts>
<fig-count count="13"/>
<table-count count="2"/>
<equation-count count="72"/>
<ref-count count="150"/>
<page-count count="16"/>
<word-count count="11343"/>
</counts>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1. Introduction</title>
<p>Neutrino oscillation experiments show that the neutrinos have tiny masses and mix with each other. It is a clear evidence for physics beyond the standard model (SM), since the SM has no mechanism for giving masses to the neutrinos. The global fit [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] shows that the mass-squared differences of the neutrinos are <inline-formula><mml:math id="M75"><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>17</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>19</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> eV<sup>2</sup> and <inline-formula><mml:math id="M76"><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>31</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>52</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>040</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>039</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>51</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>041</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>038</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">eV</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:math></inline-formula> for normal (inverted) mass hierarchy. The cosmological data, on the other hand, gives the upper bound of the sum of the neutrino masses as &#x003A3;<sub><italic>j</italic></sub><italic>m</italic><sub>&#x003BD;<sub><italic>j</italic></sub></sub> &#x0003C; 0.23 eV [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>], a scale twelve orders of magnitudes smaller than the electroweak scale. It is one of the most important problems of particle physics to reveal the origin of the tiny masses for the neutrinos.</p>
<p>Type-I seesaw mechanism [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>] is one of the attractive way to realize the tiny masses of the neutrinos, where the right-handed neutrinos are introduced to the SM. If the neutrino Yukawa coupling for the Dirac neutrino mass is <inline-formula><mml:math id="M77"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>(1), the mass of the right-handed neutrino has to be around <inline-formula><mml:math id="M78"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>(10<sup>15</sup>) GeV to obtain eV-scale neutrinos. The mass scale of <inline-formula><mml:math id="M79"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>(10<sup>15</sup>) GeV is obviously beyond the reach of collider experiments. Even for the mass of the right-handed neutrinos around <inline-formula><mml:math id="M80"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>(1) TeV, the direct search of the right-handed neutrinos would be difficult because of the tiny neutrino Yukawa couplings of <inline-formula><mml:math id="M81"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>(10<sup>&#x02212;6</sup>).</p>
<p>Another attractive way to give the neutrino masses is a radiative generation (the so-called radiative seesaw model). The original idea of radiatively generating neutrino masses due to TeV-scale physics has been proposed by Zee [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>], in which the neutrino masses are induced at the one-loop level because of the addition of an isospin doublet scalar field and a charged singlet field to the SM. Another possibility for generating neutrino masses via the new scalar particles is e.g., the Zee-Babu model [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>], in which the neutrino masses arise at the two-loop level.</p>
<p>A further extension with a TeV-scale right-handed neutrino has been proposed in Krauss et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>]. In this model the neutrino masses are induced at the three-loop level, where the Dirac neutrino mass at the tree level is forbidden due to an exact <italic>Z</italic><sub>2</sub> symmetry. The right-handed neutrino is odd under the <italic>Z</italic><sub>2</sub> and becomes a candidate of dark matter (DM). The idea of simultaneous explanation for the neutrino masses via the radiative seesaw mechanism and the stability of DM by introducing an exact discrete symmetry has been discussed in many models (see e.g., [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>] and the recent review [<xref ref-type="bibr" rid="B47">47</xref>] and references therein).</p>
<p>The model proposed by Ma [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>] is one of the simplest radiative seesaw model with DM candidates. The model has the <italic>Z</italic><sub>2</sub>-odd right-handed neutrinos <italic>N</italic><sub><italic>k</italic></sub> and the inert doublet scalar field <inline-formula><mml:math id="M82"><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. The neutrino masses are generated at the one-loop level, in which the Yukawa interactions <inline-formula><mml:math id="M83"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and the scalar interaction (&#x003BB;<sub>5</sub>/2)(<italic>H</italic><sup>&#x02020;</sup>&#x003B7;)<sup>2</sup> contribute to the neutrino mass generation. The mass matrix is expressed as</p>
<disp-formula id="E1"><mml:math id="M1"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">M</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mstyle mathsize='140%' displaystyle='true'><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>32</mml:mn><mml:msup><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>ln</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>M</italic><sub><italic>k</italic></sub> is the Majorana mass of the <italic>k</italic>-th generation of right-handed neutrino, <inline-formula><mml:math id="M85"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M86"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the mass of the <inline-formula><mml:math id="M87"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M88"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, respectively. In this model, we have two scenarios with respect to the DM candidate; the lightest right-handed neutrino <italic>N</italic><sub>1</sub> or the lighter <italic>Z</italic><sub>2</sub>-odd neutral scalar field (<inline-formula><mml:math id="M89"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math id="M90"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>). The phenomenology of the model is studied in Kubo et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>], Bouchand and Merle [<xref ref-type="bibr" rid="B49">49</xref>], Merle and Platscher [<xref ref-type="bibr" rid="B50">50</xref>], Ma and Raidal [<xref ref-type="bibr" rid="B51">51</xref>], Suematsu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B52">52</xref>], Aoki and Kanemura [<xref ref-type="bibr" rid="B53">53</xref>], Suematsu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B54">54</xref>], Schmidt et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B55">55</xref>], Hehn and Ibarra [<xref ref-type="bibr" rid="B56">56</xref>], Toma and Vicente [<xref ref-type="bibr" rid="B57">57</xref>], Ibarra et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B58">58</xref>], Merle et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B59">59</xref>], Lindner et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B60">60</xref>], Hessler et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B61">61</xref>], Aristizabal Sierra et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B62">62</xref>], Gelmini et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B63">63</xref>], and Ma [<xref ref-type="bibr" rid="B64">64</xref>].</p>
<p>A DM candidate can be made stable by an unbroken symmetry. The simplest possibility of such a symmetry is <italic>Z</italic><sub>2</sub> symmetry as in the above models. However, if the DM stabilizing symmetry is larger than <italic>Z</italic><sub>2</sub>: <italic>Z</italic><sub><italic>N</italic></sub> (<italic>N</italic> &#x02265; 4) or a product of two or more <italic>Z</italic><sub>2</sub>s, the DM is consisting of stable multi-DM particles (multicomponent DM system). A supersymmetric extension of the radiative seesaw model of Ma [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>] is an example [<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>]. Other possibilities with multicomponent DM are widely discussed in Ma and Sarkar [<xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>], Kajiyama et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B37">37</xref>], Wang and Han [<xref ref-type="bibr" rid="B36">36</xref>], Baek et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B38">38</xref>], Aoki et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>], Bhattacharya et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B65">65</xref>], Berezhiani and Khlopov [<xref ref-type="bibr" rid="B66">66</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B67">67</xref>], Hur et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B68">68</xref>], Zurek [<xref ref-type="bibr" rid="B69">69</xref>], Batell [<xref ref-type="bibr" rid="B70">70</xref>], Dienes and Thomas [<xref ref-type="bibr" rid="B71">71</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B72">72</xref>], Ivanov and Keus [<xref ref-type="bibr" rid="B73">73</xref>], Dienes et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B74">74</xref>], D&#x00027;Eramo et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B75">75</xref>], Gu [<xref ref-type="bibr" rid="B76">76</xref>], Bhattacharya et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B77">77</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B78">78</xref>], Geng et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B79">79</xref>], Boddy et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B80">80</xref>], Geng et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B81">81</xref>], Esch et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B82">82</xref>], Geng et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B83">83</xref>], Arcadi et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B84">84</xref>], DiFranzo and Mohlabeng [<xref ref-type="bibr" rid="B85">85</xref>], Aoki and Toma [<xref ref-type="bibr" rid="B86">86</xref>], and Aoki et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B87">87</xref>].</p>
<p>In this paper we study two models of the two-loop extension of the model by Ma [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>], we call them as &#x0201C;model A&#x0201D; and &#x0201C;model B,&#x0201D; in which due to the <inline-formula><mml:math id="M91"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> symmetry a set of stable particles can exist. Introducing two new scalar fields, the &#x003BB;<sub>5</sub> term is generated radiatively in the model A [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>]. In this model we discuss the three component DM system in which the two new scalar fields and a right-handed neutrino are the DM candidate. Such case has been discussed in Aoki et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>], however, we reanalyze the model since the benchmark points studied in Aoki et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>], where the masses of both new scalars are several hundred GeV, has been excluded by the recent results of the direct detection DM experiments. In this paper we focus on the case where the mass of one of the scalar DMs is close to the half of the Higgs boson mass to satisfy the constraints from the direct detection. In the model B the right-handed neutrinos have the mass radiatively generated through the one loop of internal new fermion and scalar fields. We identify the lightest right-handed neutrino as dark radiation.</p>
<p>We start in section 2 by writing down a set of the Boltzmann equations of the multicomponent DM system. The model A is discussed in section 3 by following Aoki et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>]. In section 4 we discuss the model B and relate dark radiation with the lepton flavor violating decay of the charged leptons and the decay of the inert Higgs bosons. Summery and discussion are given in section 5.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2. Multicomponent dark matter systems</title>
<p>In the case of one-component DM the relic density of DM &#x003C7; is determined by the Boltzmann equation</p>
<disp-formula id="E2"><label>(1)</label><mml:math id="M2"><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>H</mml:mi><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:msup><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent='true'><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>n</italic><sub>&#x003C7;</sub> is the DM number density, <inline-formula><mml:math id="M92"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the equilibrium number density and <inline-formula><mml:math id="M93"><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the thermally averaged cross section for &#x003C7;&#x003C7; &#x02192; <italic>XX</italic>&#x02032;. Here <italic>X</italic> and <italic>X</italic>&#x02032; stand for the SM particles. The Hubble parameter <italic>H</italic> is given by <inline-formula><mml:math id="M94"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>66</mml:mn><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>PL</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, where <italic>g</italic><sub>&#x0002A;</sub> is the total number of effective degrees of freedom, <italic>T</italic> and <italic>M</italic><sub>PL</sub> are the temperature and the Planck mass, respectively. It is convenient to rewrite the equation in terms of dimensionless quantities; the number per comoving volume <italic>Y</italic><sub>&#x003C7;</sub> &#x0003D; <italic>n</italic><sub>&#x003C7;</sub>/<italic>s</italic> and the inverse temperature <italic>x</italic> &#x0003D; <italic>m</italic>/<italic>T</italic>. Here <italic>s</italic> is the entropy density <inline-formula><mml:math id="M95"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>45</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <italic>m</italic> is the mass of the DM particle. Using the replacement of <italic>dx</italic>/<italic>dt</italic> &#x0003D; <italic>H</italic>|<sub><italic>T</italic> &#x0003D; <italic>m</italic></sub>/<italic>x</italic>, we obtain</p>
<disp-formula id="E3"><label>(2)</label><mml:math id="M3"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>264</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>PL</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:msup><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>The thermally averaged cross section <inline-formula><mml:math id="M96"><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of <inline-formula><mml:math id="M97"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>(10<sup>&#x02212;9</sup>) GeV with a DM mass of 100 GeV gives <inline-formula><mml:math id="M98"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, which is consistent with the observed value of the relic abundance &#x003A9;<italic>h</italic><sup>2</sup> &#x02243; 0.12 [<xref ref-type="bibr" rid="B88">88</xref>].</p>
<p>In the multicomponent DM system three types of processes enter in the Boltzmann equations<xref ref-type="fn" rid="fn0001"><sup>1</sup></xref>:</p>
<disp-formula id="E4"><label>(3)</label><mml:math id="M4"><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02194;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:msup><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>standard&#x000A0;annihilation</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E5"><label>(4)</label><mml:math id="M5"><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02194;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;(DM&#x000A0;conversion)</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E6"><label>(5)</label><mml:math id="M6"><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02194;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;(semi-annihilation)</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>See Figure <xref ref-type="fig" rid="F1">1</xref> for a depiction of three types of processes. Here we assume that none of the DM particles have the same quantum number with respect to the DM stabilizing symmetry. The Boltzmann equations for the DM particle &#x003C7;<sub><italic>i</italic></sub> with mass <italic>m</italic><sub><italic>i</italic></sub> are</p>
<disp-formula id="E7"><label>(6)</label><mml:math id="M7"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>264</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>PL</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0007B;</mml:mo><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:msup><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mtext>&#x0200B;&#x0200B;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p>Standard annihilation <bold>(Left)</bold>, DM conversion <bold>(Middle)</bold> and semi-annihilation <bold>(Right)</bold>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-05-00053-g0001.tif"/>
</fig>
<p>Here <italic>x</italic> &#x0003D; <italic>&#x003BC;</italic>/<italic>T</italic> and <inline-formula><mml:math id="M99"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the reduced mass of the system. The contributions of non-standard annihilations have been discussed in e.g., Aoki et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B87">87</xref>] for two and three component DM system with a <inline-formula><mml:math id="M100"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> symmetry.</p>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3. Model A</title>
<p>In the following, by extending the one-loop model in Ma [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>] we study two of the two-loop radiative seesaw models with <inline-formula><mml:math id="M101"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> symmetry. We refer to them as &#x0201C;model A&#x0201D; and &#x0201C;model B.&#x0201D; Owing to the <inline-formula><mml:math id="M102"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> symmetry, there exist at least two extra stable electrically neutral particles. The multicomponent DM system is realized in the model A, while one of the stable particles plays as the dark radiation in the model B.</p>
<p>The matter content of the model A is shown in Table <xref ref-type="table" rid="T1">1</xref>. In addition to the matter content of the SM model, we introduce the right-handed neutrino <italic>N</italic><sub><italic>k</italic></sub>, an <italic>SU</italic>(2)<sub><italic>L</italic></sub> doublet scalar &#x003B7;, and two SM singlet scalars &#x003C7; and <italic>&#x003D5;</italic>. Note that the lepton number <italic>L</italic>&#x02032; of <italic>N</italic> is zero. The <inline-formula><mml:math id="M103"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> -invariant Yukawa sector and Majorana mass term for <italic>N</italic> can be described by</p>
<disp-formula id="E8"><label>(7)</label><mml:math id="M8"><mml:msub><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">L</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x02020;</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>i, j, k</italic> (&#x0003D; 1, 2, 3) stand for the flavor indices. The scalar potential <italic>V</italic> is written as <italic>V</italic> &#x0003D; <italic>V</italic><sub>&#x003BB;</sub>&#x0002B;<italic>V</italic><sub><italic>m</italic></sub>, where</p>
<disp-formula id="E9"><label>(8)</label><mml:math id="M9"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x02020;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>&#x02020;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x02020;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>&#x02020;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x02020;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>&#x02020;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x02020;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>&#x02020;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:msup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x02020;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:msup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>&#x02020;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:msup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:msup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x02020;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E10"><label>(9)</label><mml:math id="M10"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x02020;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>&#x02020;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:msup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<table-wrap position="float" id="T1">
<label>Table 1</label>
<caption><p>The matter content and the corresponding quantum numbers of the model A.</p></caption>
<table frame="hsides" rules="groups">
<thead><tr>
<th valign="top" align="left"><bold>Field</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Statistics</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>SU</italic>(2)<sub><italic>L</italic></sub></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>U</italic>(1)<sub><italic>Y</italic></sub></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>Z</italic><sub>2</sub></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><inline-formula><mml:math id="M106"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>L</italic>&#x02032;</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>L</italic> &#x0003D; (&#x003BD;<sub><italic>L</italic></sub>, <italic>l</italic><sub><italic>L</italic></sub>)</td>
<td valign="top" align="left">F</td>
<td valign="top" align="center">2</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;1/2</td>
<td valign="top" align="center">&#x0002B;</td>
<td valign="top" align="center">&#x0002B;</td>
<td valign="top" align="center">1</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M107"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">F</td>
<td valign="top" align="center">1</td>
<td valign="top" align="center">1</td>
<td valign="top" align="center">&#x0002B;</td>
<td valign="top" align="center">&#x0002B;</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;1</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>N</italic></td>
<td valign="top" align="left">F</td>
<td valign="top" align="center">1</td>
<td valign="top" align="center">0</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;</td>
<td valign="top" align="center">&#x0002B;</td>
<td valign="top" align="center">0</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>H</italic> &#x0003D; (<italic>H</italic><sup>&#x0002B;</sup>, <italic>H</italic><sup>0</sup>)</td>
<td valign="top" align="left">B</td>
<td valign="top" align="center">2</td>
<td valign="top" align="center">1/2</td>
<td valign="top" align="center">&#x0002B;</td>
<td valign="top" align="center">&#x0002B;</td>
<td valign="top" align="center">0</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B7; &#x0003D; (&#x003B7;<sup>&#x0002B;</sup>, &#x003B7;<sup>0</sup>)</td>
<td valign="top" align="left">B</td>
<td valign="top" align="center">2</td>
<td valign="top" align="center">1/2</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;</td>
<td valign="top" align="center">&#x0002B;</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;1</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003C7;</td>
<td valign="top" align="left">B</td>
<td valign="top" align="center">1</td>
<td valign="top" align="center">0</td>
<td valign="top" align="center">&#x0002B;</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;</td>
<td valign="top" align="center">0</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003D5;</td>
<td valign="top" align="left">B</td>
<td valign="top" align="center">1</td>
<td valign="top" align="center">0</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;</td>
<td valign="top" align="center">1</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>The <inline-formula><mml:math id="M104"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the unbroken discrete symmetry while the lepton number <italic>L</italic>&#x02032; is softly broken by the last term in the potential <italic>V</italic><sub><italic>m</italic></sub>, the <italic>&#x003D5;</italic> mass tem. In the absence of this term, there will be no neutrino mass. Note that the &#x0201C;&#x003BB;<sub>5</sub> term,&#x0201D; (&#x003BB;<sub>5</sub>/2)(<italic>H</italic><sup>&#x02020;</sup>&#x003B7;)<sup>2</sup>, is also forbidden by <italic>L</italic>&#x02032;. A small &#x003BB;<sub>5</sub> of the original model of Ma [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>] is &#x0201C;natural&#x0201D; according to &#x00027;t Hooft [<xref ref-type="bibr" rid="B100">100</xref>], because the absence of &#x003BB;<sub>5</sub> implies an enhancement of symmetry. In fact, if &#x003BB;<sub>5</sub> is small at some scale, it remains small for other scales as one can explicitly verify [<xref ref-type="bibr" rid="B49">49</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B50">50</xref>]. Here we attempt to derive the smallness of &#x003BB;<sub>5</sub> dynamically, such that the &#x003BB;<sub>5</sub> term becomes calculable.</p>
<p>The Higgs doublet field <italic>H</italic>, the inert doublet field &#x003B7; and the singlet scalar <italic>&#x003D5;</italic> are respectively parameterized as</p>
<disp-formula id="E11"><label>(10)</label><mml:math id="M11"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>v</italic><sub><italic>h</italic></sub> is the vacuum expectation value. The tree-level masses of the scalars are given by</p>
<disp-formula id="E12"><label>(11)</label><mml:math id="M12"><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E13"><label>(12)</label><mml:math id="M13"><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E14"><label>(13)</label><mml:math id="M14"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E15"><label>(14)</label><mml:math id="M15"><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E16"><label>(15)</label><mml:math id="M16"><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E17"><label>(16)</label><mml:math id="M17"><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>Although the tree-level mass of <inline-formula><mml:math id="M108"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is the same as that of <inline-formula><mml:math id="M109"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> as shown in Equation (13), the degeneracy is lifted at the one-loop level via the effective &#x003BB;<sub>5</sub> term:</p>
<disp-formula id="E18"><label>(17)</label><mml:math id="M18"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext>eff</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>~</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>128</mml:mn><mml:msup><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0226A;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>This correction is embedded into the two-loop diagram to generate the neutrino mass (see Figure <xref ref-type="fig" rid="F2">2</xref>). The 3 &#x000D7; 3 neutrino mass matrix <inline-formula><mml:math id="M110"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">M</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula><sub>&#x003BD;</sub> can be given by</p>
<disp-formula id="E19"><label>(18)</label><mml:math id="M19"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">M</mml:mi><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn><mml:msup><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:munder><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where we have assumed that <inline-formula><mml:math id="M111"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p>Two-loop radiative neutrino mass of the model A.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-05-00053-g0002.tif"/>
</fig>
<p>Using <inline-formula><mml:math id="M112"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>eff</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> given in Equation (17), the neutrino mass matrix can be approximated as</p>
<disp-formula id="E20"><label>(19)</label><mml:math id="M20"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">M</mml:mi><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>~</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext>eff</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>32</mml:mn><mml:msup><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:munder><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>We see from Equations (17) and (19) that the neutrino mass matrix <inline-formula><mml:math id="M113"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">M</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula><sub>&#x003BD;</sub> is proportional to <inline-formula><mml:math id="M114"><mml:mo>|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. When <italic>m</italic><sub>&#x003C7;</sub>, <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub>, <inline-formula><mml:math id="M115"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M116"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;GeV</mml:mtext></mml:math></inline-formula>, for instance, implies that <inline-formula><mml:math id="M117"><mml:mo>|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;GeV</mml:mtext></mml:math></inline-formula> to obtain the neutrino mass scale of <inline-formula><mml:math id="M118"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;eV</mml:mtext></mml:math></inline-formula>. With the same set of the parameter values we find that <inline-formula><mml:math id="M119"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>eff</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, where the smallness <inline-formula><mml:math id="M120"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>eff</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is a consequence of the radiative generation of this coupling. As we will see, the product |<italic>Y</italic><sup>&#x003BD;</sup>&#x003BA;| enters into the semi-annihilation of DM particles which produces monochromatic neutrinos, while the upper bound of |<italic>Y</italic><sup>&#x003BD;</sup>| follows from the <italic>&#x003BC;</italic> &#x02192; <italic>e&#x003B3;</italic> constraint.</p>
<sec>
<title>3.1. Multicomponent dark matter system</title>
<p>In the model A there are three type of dark matter candidates ; <italic>N</italic><sub>1</sub> (the lightest among <italic>N</italic><sub><italic>k</italic></sub>&#x00027;s) or <inline-formula><mml:math id="M121"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> (or <inline-formula><mml:math id="M122"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>) with <inline-formula><mml:math id="M123"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, &#x003C7; with <inline-formula><mml:math id="M124"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub> (or <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>I</italic></sub>) with <inline-formula><mml:math id="M125"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. For <inline-formula><mml:math id="M126"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> there are two candidates. In the following discussions we assume that <italic>N</italic><sub>1</sub> is a DM candidate [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>]. The other possibility, <inline-formula><mml:math id="M127"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>-DM, is discussed in Aoki et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>].</p>
<p>We discuss the three DM system of <italic>N</italic><sub>1</sub>, <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub>, &#x003C7;. There are three types of DM annihilation process:</p>
<disp-formula id="E21"><label>(20)</label><mml:math id="M21"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>Standard&#x000A0;annihilation</mml:mtext><mml:mo>:</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:msup><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:msup><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:msup><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E22"><label>(21)</label><mml:math id="M22"><mml:mtext>DM&#x000A0;conversion</mml:mtext><mml:mo>:</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E"><label>(22)</label><mml:math id="M"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>Semi-annihilation</mml:mtext><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Here we have assumed <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> &#x0003E;<italic>m</italic><sub>&#x003C7;</sub> and <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> &#x0002B; <italic>m</italic><sub>&#x003C7;</sub> &#x0003C; <italic>M</italic><sub>2, 3</sub>. Moreover, since the mass difference between <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub> and <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>I</italic></sub> is controlled by the lepton-number breaking mass <italic>m</italic><sub>5</sub>, which is assumed to be much smaller than <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub>. Then <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> and <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>I</italic></sub></sub> are practically degenerate and the contribution of <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>I</italic></sub> to the annihilation processes during the decoupling of DMs is nonnegligible. The diagrams for annihilation processes which enter the Boltzmann equation are shown in Figures <xref ref-type="fig" rid="F3">3</xref>&#x02013;<xref ref-type="fig" rid="F5">5</xref>. Since the reaction rate of the conversion between <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub> and <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>I</italic></sub> can reach chemical equilibrium during the decoupling of DMs, we can sum up the number densities of <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub> and <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>I</italic></sub> and compute the relic abundance of <inline-formula><mml:math id="M128"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>].</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p>The diagrams for the standard annihilation processes.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-05-00053-g0003.tif"/>
</fig>
<fig id="F4" position="float">
<label>Figure 4</label>
<caption><p>The diagrams for the DM conversion processes.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-05-00053-g0004.tif"/>
</fig>
<fig id="F5" position="float">
<label>Figure 5</label>
<caption><p>The diagrams for semi-annihilation process.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-05-00053-g0005.tif"/>
</fig>
<p>In the multicomponent DM scenario, the effective cross section off the nucleon is given by</p>
<disp-formula id="E24"><label>(23)</label><mml:math id="M24"><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>eff</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>total</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>In our model, only &#x003C7; and <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub> scatter with the nucleus, and the right-handed neutrino <italic>N</italic><sub>1</sub> does not interact with nucleus at tree level. So we can neglect the <italic>N</italic><sub>1</sub> contribution at the lowest order in perturbation theory. The effective cross sections of <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub> and &#x003C7; are expressed as</p>
<disp-formula id="E25"><label>(24)</label><mml:math id="M25"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>eff</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>total</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>eff</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>total</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003C3;<sub>&#x003C7;</sub> and &#x003C3;<sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> are the spin independent cross sections and given by</p>
<disp-formula id="E26"><label>(25)</label><mml:math id="M26"><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E27"><label>(26)</label><mml:math id="M27"><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>Here <inline-formula><mml:math id="M129"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula> is the usual nucleonic matrix element [<xref ref-type="bibr" rid="B101">101</xref>] and <italic>m</italic><sub><italic>N</italic></sub> is nucleon mass.</p>
<p>The upper bounds on the cross section off the nucleon is obtained by LUX [<xref ref-type="bibr" rid="B102">102</xref>] and XENON1T [<xref ref-type="bibr" rid="B103">103</xref>]. In the cases of one-component DM system of a real or complex scalar boson, those experimental results give the strong constraint on the masses of those DM particles; the allowed DM mass region is &#x02243; <italic>m</italic><sub><italic>h</italic></sub>/2 and &#x02273;1 TeV [<xref ref-type="bibr" rid="B104">104</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B106">106</xref>]. In the model A with the multicomponent DM system, the constrains on the cross sections off the nucleon for &#x003C7; and <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub> are also relatively severe. As a benchmark we take the mass of &#x003C7; as <italic>m</italic><sub>&#x003C7;</sub> &#x0003D; <italic>m</italic><sub><italic>h</italic></sub>/2 while vary the mass of <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub> in the following analysis<xref ref-type="fn" rid="fn0002"><sup>2</sup></xref>.</p>
<p>In the original one-loop neutrino mass model in Ma [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>], the relic density of <italic>N</italic><sub>1</sub> tends to be larger than the observational value [<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>]. The additional contributions coming from the semi-annihilation can enhance the annihilation rate for <italic>N</italic><sub>1</sub> so that the <italic>N</italic><sub>1</sub> DM contribution to the total relic abundance can be suppressed. This situation is realized for <italic>M</italic><sub>1</sub> &#x0003E; <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub>, <italic>m</italic><sub>&#x003C7;</sub> as can be seen later.</p>
<p>As the benchmark set we take the following values for the parameters.</p>
<disp-formula id="E28"><label>(27)</label><mml:math id="M28"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>62</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;GeV</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>300</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;GeV</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E29"><label>(28)</label><mml:math id="M29"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;GeV</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E30"><label>(29)</label><mml:math id="M30"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;GeV</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E31"><label>(30)</label><mml:math id="M31"><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>004</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>05</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>17</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E32"><label>(31)</label><mml:math id="M32"><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>01</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>The masses of heavier right-handed neutrinos are <italic>M</italic><sub>2</sub> &#x0003D; <italic>M</italic><sub>3</sub> &#x0003D; 1 TeV. The mass differences between <inline-formula><mml:math id="M130"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and the sum of <italic>m</italic><sub>&#x003C7;</sub> and <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> are so chosen that no resonance appears in the <italic>s</italic>-channel of the semi-annihilation in Figure <xref ref-type="fig" rid="F5">5</xref> (right). The benchmark set satisfies the constraints from the perturbativeness, the stability conditions of the scalar potential [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>], the lepton flavor violation (LFV) such as <italic>&#x003BC;</italic> &#x02192; <italic>e&#x003B3;</italic> [<xref ref-type="bibr" rid="B107">107</xref>] and the electroweak precision measurements [<xref ref-type="bibr" rid="B108">108</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B109">109</xref>]. It is noted that &#x003BA; is bounded as |&#x003BA;| &#x02272; 0.4 by the perturbativeness and the stability conditions [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>].</p>
<p>Figure <xref ref-type="fig" rid="F6">6</xref> shows the relic abundances of <inline-formula><mml:math id="M131"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M132"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M133"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and the total relic abundance <inline-formula><mml:math id="M134"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>total</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as a function of <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> for the benchmark set. The horizontal dashed line stands for the observed value <inline-formula><mml:math id="M135"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>obs</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn></mml:math></inline-formula>. It is shown that the relic abundance of the &#x003C7; is &#x003A9;<sub>&#x003C7;</sub> &#x02243; &#x003A9;<sub>obs</sub>/2. When <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub> is lighter than <italic>N</italic><sub>1</sub>, the semi-annihilation tends to decrease the relic abundance of <italic>N</italic><sub>1</sub>. For the benchmark set, the total relic abundance is consistent with the observed value around <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> &#x02243; 280 GeV.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>Figure 6</label>
<caption><p>Relic abundances <inline-formula><mml:math id="M136"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M137"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M138"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and the total relic abundance <inline-formula><mml:math id="M139"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>total</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> as a function of <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub>. The relevant masses and couplings are taken as in Equations (27&#x02013;31). The horizontal dashed line stands for the observed value <inline-formula><mml:math id="M140"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>obs</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-05-00053-g0006.tif"/>
</fig>
<p>The left panel in Figure <xref ref-type="fig" rid="F7">7</xref> shows the contour plot for the <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> &#x02212; &#x003B3;<sub>5</sub> plane where the total relic density of DM can be made consistent with the observed value <inline-formula><mml:math id="M141"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>obs</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn></mml:math></inline-formula>. We take two values, 10 GeV (black line) and 1 GeV (red line), for the mass difference between <inline-formula><mml:math id="M142"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <italic>m</italic><sub>&#x003C7;</sub>&#x0002B;<italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> in Equation (28). The other parameters are taken as the same in Equations (27&#x02013;31). We can see the scalar coupling &#x003B3;<sub>5</sub> increases drastically as <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> increases for <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> &#x02273; 290 GeV. It is because the relic density of the <italic>N</italic><sub>1</sub> DM, <inline-formula><mml:math id="M143"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, becomes significant for <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> &#x02273; 290 GeV, so that <inline-formula><mml:math id="M144"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> should be drastically suppressed. The scalar couplings of DM particles with the SM Higgs boson, &#x003B3;<sub>2</sub> and &#x003B3;<sub>5</sub>, and the DM masses are constrained by the DM direct detection experiments. For the &#x003C7; DM, the effective cross section off nucleon <inline-formula><mml:math id="M145"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>eff</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> in Equation (24) is <inline-formula><mml:math id="M146"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>eff</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>47</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> cm<sup>2</sup> for the benchmark set. It is an order of magnitude smaller than the current experimental bound. For the <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub> DM, the right panel in Figure <xref ref-type="fig" rid="F7">7</xref> shows the relation between <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> and the effective cross section <inline-formula><mml:math id="M147"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>eff</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math id="M148"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>=10 GeV (black line) and 1 GeV (red line), where the DM relic abundance is consistent with the observation. The plot corresponds to the parameter space in the left panel in Figure <xref ref-type="fig" rid="F7">7</xref>. The dot and dashed lines indicate the upper bounds of LUX and XENON1T, respectively. The hatched region is excluded by perturbativity. Although the scalar coupling &#x003B3;<sub>5</sub> becomes large for <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> &#x02273; 290 GeV and then the cross sections off the nucleon &#x003C3;<sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> becomes large, the effective cross section <inline-formula><mml:math id="M149"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>eff</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> decreases for <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> &#x02273; <italic>M</italic><sub>1</sub>(&#x0003D; 300 GeV), since the abundance of <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub> decreases. For the case of <inline-formula><mml:math id="M150"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 10 GeV, it can be seen that the mass region 288 GeV &#x02272; <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> is excluded by LUX and XENON1T data. On the other hand, there are no constraints from the direct DM search experiments on the mass of <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub> for the case of <inline-formula><mml:math id="M151"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 1 GeV. This is because the relic abundance of <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub> becomes much smaller by the large contribution from the <italic>s</italic>-channel process of the semi-annihilation. Figure <xref ref-type="fig" rid="F8">8</xref> shows the same as in Figure <xref ref-type="fig" rid="F7">7</xref> but for <italic>M</italic><sub>1</sub> &#x0003D; 500 GeV and &#x003B3;<sub>7</sub> &#x0003D; 0.28. &#x0003E;From the right panel in Figure <xref ref-type="fig" rid="F8">8</xref>, we see that 485 (490) GeV &#x02272; <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> &#x02272; 510 (502) GeV is excluded by the direct detection experiments for <inline-formula><mml:math id="M152"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 10 (1) GeV.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>Figure 7</label>
<caption><p><bold>(Left)</bold> Contour plot for the total relic density <inline-formula><mml:math id="M153"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>total</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn></mml:math></inline-formula>. <bold>(Right)</bold> The relation between the <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic></sub> and the effective cross sections given in Equation (24). The black dot and dashed lines show the upper limit of the spin independent cross section off the nucleon given by LUX [<xref ref-type="bibr" rid="B102">102</xref>] and XENON1T [<xref ref-type="bibr" rid="B103">103</xref>], respectively. The hatched region is excluded by perturbativity. In both panels, we take two values, 10 GeV (black line) and 1 GeV (red line), for the mass difference between <inline-formula><mml:math id="M154"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <italic>m</italic><sub>&#x003C7;</sub>&#x0002B;<italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-05-00053-g0007.tif"/>
</fig>
<fig id="F8" position="float">
<label>Figure 8</label>
<caption><p>The same as Figure <xref ref-type="fig" rid="F7">7</xref> but for <italic>M</italic><sub>1</sub> &#x0003D; 500 GeV and &#x003B3;<sub>7</sub> &#x0003D; 0.28.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-05-00053-g0008.tif"/>
</fig>
<p>Before we go to discuss indirect detection, we summarize the parameter space, in which a correct value of the total relic DM abundance <inline-formula><mml:math id="M155"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>total</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> can be obtained without contradicting the constraint from the direct detection experiments. As in the case of the single SM singlet DM, the constraint is in fact very severe: The mass of &#x003C7; has to be very close to <italic>m</italic><sub><italic>h</italic></sub>/2, and &#x003B3;<sub>2</sub> (the Higgs portal coupling) also has to be close to 0.004 for an adequate amount of &#x003A9;<sub>&#x003C7;</sub>. However, as for <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> and &#x003B3;<sub>5</sub>, there exist a certain allowed region. The allowed region in the <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> &#x02212; &#x003B3;<sub>5</sub> plane is controlled by the semi-annihilation [especially, the last diagram in Figure <xref ref-type="fig" rid="F5">5</xref>, which is sensitive to the mass relation (28)] and the DM conversion (especially the right diagram in Figure <xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref>, which is sensitive to &#x003B3;<sub>7</sub>). If we increase the mass of the right-handed neutrino DM, the mass of <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub> increases, but how the allowed range in the <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub>-&#x003B3;<sub>5</sub> plane emerges remains the same. If we take the larger &#x003B3;<sub>7</sub>, e.g., &#x003B3;<sub>7</sub> &#x0003D; 0.28, in Figure <xref ref-type="fig" rid="F7">7</xref>, the allowed region for <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> becomes narrower as 295 GeV &#x02272; <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> &#x02272; 300 GeV. The smaller <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> (&#x02272; 295 GeV) is excluded by &#x003A9;<sub>total</sub> &#x0003C; &#x003A9;<sub>obs</sub> due to the larger DM conversion i.e., the larger annihilation process of <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub>&#x003D5;<sub><italic>R</italic></sub> &#x02192; &#x003C7;&#x003C7; &#x02192; <italic>XX</italic>.</p>
</sec>
<sec>
<title>3.2. Indirect detection</title>
<p>For indirect detections of DM the SM particles produced by the annihilation of DM are searched. Because the semi-annihilation produces a SM particle, this process can serve for an indirect detection. In our model, especially, the SM particle from the semi-annihilation process as shown in Figure <xref ref-type="fig" rid="F5">5</xref> is neutrino which has a monochromatic energy spectrum. Therefore, we consider below the neutrino flux from the Sun [<xref ref-type="bibr" rid="B110">110</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B120">120</xref>] as a possibility to detect the semi-annihilation process of DMs.</p>
<p>The DM particles are captured in the Sun losing their kinematic energy through scattering with the nucleus. Then captured DM particles annihilate each other. The time dependence of the number of DM <italic>n</italic><sub><italic>i</italic></sub> in the Sun is given by Griest and Seckel [<xref ref-type="bibr" rid="B114">114</xref>], Ritz and Seckel [<xref ref-type="bibr" rid="B115">115</xref>], Bertone et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B116">116</xref>], Silk et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B117">117</xref>], Kamionkowski [<xref ref-type="bibr" rid="B118">118</xref>], Kamionkowski et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B119">119</xref>], and Jungman et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B120">120</xref>]</p>
<disp-formula id="E33"><label>(32)</label><mml:math id="M33"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mtext>SM</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>i, j, k</italic> &#x0003D; &#x003C7;, <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub>, <italic>N</italic><sub>1</sub> and <italic>C</italic><sub><italic>i</italic></sub> is the capture rates in the Sun:</p>
<disp-formula id="E34"><label>(33)</label><mml:math id="M34"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>2.5</mml:mn><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>18</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mtext>s</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mover accent='true'><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>004</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>60</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;GeV</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>125</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;GeV</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>total</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E35"><label>(34)</label><mml:math id="M35"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>6.2</mml:mn><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>17</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mtext>s</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mover accent='true'><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>02</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>300</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;GeV</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>125</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;GeV</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>total</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E36"><label>(35)</label><mml:math id="M36"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>and <italic>C</italic><sub><italic>A</italic></sub>&#x00027;s are the annihilation rate:</p>
<disp-formula id="E37"><label>(36)</label><mml:math id="M37"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mo>&#x02022;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mo>&#x02022;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5.7</mml:mn><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>27</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>100</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;GeV</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mtext>cm</mml:mtext><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Here <italic>f</italic>(<italic>m</italic><sub><italic>i</italic></sub>) depends on the form factor of the nucleus, elemental abundance, kinematic suppression of the capture rate, etc., varying <inline-formula><mml:math id="M156"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>01</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> depending on the DM mass [<xref ref-type="bibr" rid="B118">118</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B120">120</xref>]. <italic>V</italic><sub><italic>ij</italic></sub> is an effective volume of the Sun with <italic>&#x003BC;</italic><sub><italic>ij</italic></sub> &#x0003D; 2<italic>m</italic><sub><italic>i</italic></sub><italic>m</italic><sub><italic>j</italic></sub>/(<italic>m</italic><sub><italic>i</italic></sub>&#x0002B;<italic>m</italic><sub><italic>j</italic></sub>) in the non-relativistic limit. In the Equation (32) we have neglected the DM production processes such as <italic>jj</italic> &#x02192; <italic>ii</italic> and <italic>jk</italic> &#x02192; <italic>iX</italic> because the kinetic energy of the produced particle <italic>i</italic> is much larger than that corresponding to the escape velocity from the Sun, i.e., &#x0007E; 10<sup>3</sup> km/s [<xref ref-type="bibr" rid="B114">114</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B121">121</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B122">122</xref>]. Consequently, the number of the right-hand neutrino DM cannot increase in the Sun, and hence the semi-annihilation process, <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub>&#x003C7; &#x02192; <italic>N</italic><sub>1</sub>&#x003BD;, is the only neutrino production process<xref ref-type="fn" rid="fn0003"><sup>3</sup></xref>, where its reaction rate as a function of <italic>t</italic> is given by &#x00393;(&#x003D5;<sub><italic>R</italic></sub>&#x003C7; &#x02192; <italic>N&#x003BD;</italic>; <italic>t</italic>) &#x0003D; <italic>C</italic><sub><italic>A</italic></sub>(&#x003D5;<sub><italic>R</italic></sub>&#x003C7; &#x02192; <italic>N</italic><sub>1</sub>&#x003BD;)<italic>n</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub>(<italic>t</italic>)<italic>n</italic><sub>&#x003C7;</sub>(<italic>t</italic>).</p>
<p>Figure <xref ref-type="fig" rid="F9">9</xref> shows the <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> dependence of the neutrino production rate today &#x00393;(&#x003D5;<sub><italic>R</italic></sub>&#x003C7; &#x02192; <italic>N&#x003BD;</italic>; <italic>t</italic><sub>0</sub>), where <inline-formula><mml:math id="M157"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>45</mml:mn><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>17</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>s is the age of the Sun, for the same parameter space as in Figure <xref ref-type="fig" rid="F7">7</xref> (Figure <xref ref-type="fig" rid="F9">9</xref>, left) and in Figure <xref ref-type="fig" rid="F8">8</xref> (Figure <xref ref-type="fig" rid="F9">9</xref>, right). The hatched region is excluded by perturbativity. Arrows indicate the excluded regions by the direct detection experiments. For <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> &#x02273; <italic>M</italic><sub>1</sub> where the relic abundance of <italic>N</italic><sub>1</sub> dominates that of <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub>, the neutrino production rate decreases since the capture rate of the <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub> becomes small. As we can see from Figure <xref ref-type="fig" rid="F5">5</xref> a resonance effect for the <italic>s</italic>-channel annihilation process can be achieved if <inline-formula><mml:math id="M158"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Then the smaller neutrino mass difference <inline-formula><mml:math id="M159"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> gives the larger neutrino production rate. For the case of <inline-formula><mml:math id="M160"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>= 1 GeV, the rate &#x00393;(&#x003D5;<sub><italic>R</italic></sub>&#x003C7; &#x02192; <italic>N&#x003BD;</italic>; <italic>t</italic><sub>0</sub>) reaches about 10<sup>18</sup> s<sup>&#x02212;1</sup> at <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> &#x02243; 290 GeV for <italic>M</italic><sub>1</sub> &#x0003D; 300 GeV and 4 &#x000D7; 10<sup>17</sup> s<sup>&#x02212;1</sup> at <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> &#x02243; 490 GeV for <italic>M</italic><sub>1</sub> &#x0003D; 500 GeV, respectively.</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>Figure 9</label>
<caption><p>The neutrino production rate &#x00393;(&#x003BD;) &#x0003D; &#x00393;(&#x003D5;<sub><italic>R</italic></sub>&#x003C7; &#x02192; <italic>N&#x003BD;</italic>; <italic>t</italic><sub>0</sub>) in the Sun against the <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub> DM mass for <italic>M</italic><sub>1</sub> &#x0003D; 300 GeV <bold>(Left)</bold> and 500 GeV <bold>(Right)</bold>. The parameter space, as well as the meaning of colors of the lines in the left and right panel, are the same as in Figures <xref ref-type="fig" rid="F7">7</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F8">8</xref>, respectively. The hatched region is excluded by perturbativity. Arrows indicate the excluded regions by the direct detection experiments.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-05-00053-g0009.tif"/>
</fig>
<p>The upper limits on the DM DM &#x02192; <italic>XX</italic>&#x02032; from the Sun are given by IceCube experiment [<xref ref-type="bibr" rid="B123">123</xref>]. For instance, the upper limit on the annihilation rate of the DM of 250 (500) GeV into <italic>W</italic><sup>&#x0002B;</sup><italic>W</italic><sup>&#x02212;</sup> is 1.13 &#x000D7; 10<sup>21</sup> (2.04 &#x000D7; 10<sup>20</sup>) s<sup>&#x02212;1</sup> and that into &#x003C4;<sup>&#x0002B;</sup>&#x003C4;<sup>&#x02212;</sup> is 5.99 &#x000D7; 10<sup>20</sup> (7.96 &#x000D7; 10<sup>19</sup>) s<sup>&#x02212;1</sup>, which is at least 10<sup>2</sup> times larger than the rate &#x00393;(&#x003BD;) shown in Figure <xref ref-type="fig" rid="F9">9</xref>. Note however that the energy spectrum of the neutrino flux produced by the <italic>W</italic> or &#x003C4; decay is different from the monochromatic neutrino. With an increasing resolution of energy and angle the chance for the observation of the semi-annihilation and hence of a multicomponent nature of DM can increase.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4. Model B</title>
<p>Neutrinos have always played consequential roles in cosmology (see [<xref ref-type="bibr" rid="B124">124</xref>], and also [<xref ref-type="bibr" rid="B125">125</xref>] and references therein). While they play a role as hot dark matter, the mechanism of their mass generation is directly connected to cosmological problems such as baryon asymmetry of the Universe [<xref ref-type="bibr" rid="B126">126</xref>] and dark matter [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B36">36</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>]. Resent cosmological observations with increasing accuracy [<xref ref-type="bibr" rid="B88">88</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B127">127</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B129">129</xref>] provide useful hints on how to extend the neutrino sector. Here we propose an extension of the neutrino sector such that the tensions among resent different cosmological observations can be alleviated. The tensions have emerged since the first Planck result [<xref ref-type="bibr" rid="B88">88</xref>] in the Hubble constant <italic>H</italic><sub>0</sub> and in the density variance &#x003C3;<sub>8</sub> in spheres of radius 8<italic>h</italic><sup>&#x02212;1</sup> Mpc: The Planck values of 1/<italic>H</italic><sub>0</sub> and &#x003C3;<sub>8</sub> are slightly larger than those obtained from the observations of the local Universe such as Cepheid variables [<xref ref-type="bibr" rid="B128">128</xref>] and the Canada-France- Hawaii Telescope Lensing Survey [<xref ref-type="bibr" rid="B130">130</xref>], respectively. The Planck galaxy cluster counts [<xref ref-type="bibr" rid="B131">131</xref>] and also the Sloan Digital Sky Survey data [<xref ref-type="bibr" rid="B127">127</xref>] yield a smaller &#x003C3;<sub>8</sub>.</p>
<p>It has been recently suggested [<xref ref-type="bibr" rid="B131">131</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B139">139</xref>] that these tensions can be alleviated if the number <italic>N</italic><sub>eff</sub> of the relativistic species in the young Universe is slightly larger than the standard value 3.046 and the mass of the extra relativistic specie is of <inline-formula><mml:math id="M161"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>(0.1) eV [<xref ref-type="bibr" rid="B139">139</xref>]. Here we suggest a radiative generation mechanism of the neutrino mass, which is directly connected to the existence of a stable DM particle and also a non-zero &#x00394;<italic>N</italic><sub>eff</sub> &#x0003D; <italic>N</italic><sub>eff</sub> &#x02212; 3.046.</p>
<p>The matter content of the model is shown in Table <xref ref-type="table" rid="T2">2</xref>. It is a slight modification of the model A: &#x003C7; in this model is a Majorana fermion. The <inline-formula><mml:math id="M162"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> -invariant Yukawa sector (the quark sector is suppressed) is described by the Lagrangian</p>
<disp-formula id="E39"><label>(37)</label><mml:math id="M39"><mml:msub><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">L</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x02020;</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>i, j, k</italic> &#x0003D; 1, 2, 3, and we have assumed without loss of generality that the &#x003C7; mass term is diagonal. We also assume that <inline-formula><mml:math id="M163"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> have only diagonal elements. The most general renormalizable form of the <inline-formula><mml:math id="M164"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>-invariant scalar potential is given by</p>
<disp-formula id="E40"><label>(38)</label><mml:math id="M40"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x02020;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>&#x02020;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x02020;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>&#x02020;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x02020;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>&#x02020;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x02020;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x02020;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:msup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>&#x02020;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:msup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:msup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and the mass terms are</p>
<disp-formula id="E41"><label>(39)</label><mml:math id="M41"><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x02020;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>&#x02020;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:msup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>where the <italic>m</italic><sub>4</sub> term in Equation (39) breaks <italic>L</italic>&#x02032; softly. The scalar fields <italic>H</italic>, &#x003B7; and <italic>&#x003D5;</italic> are defined in Equation (10). Since we assume that the discrete symmetry <inline-formula><mml:math id="M165"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is unbroken, the scalar fields above do not mix with other, so that their tree-level masses can be simply expressed:</p>
<disp-formula id="E42"><label>(40)</label><mml:math id="M42"><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E43"><label>(41)</label><mml:math id="M43"><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E44"><label>(42)</label><mml:math id="M44"><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E45"><label>(43)</label><mml:math id="M45"><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E46"><label>(44)</label><mml:math id="M46"><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>The two-loop diagram for the neutrino mass is shown in Figure <xref ref-type="fig" rid="F10">10</xref>. Because of the soft breaking of the dimension two operator <italic>&#x003D5;</italic><sup>2</sup>, the propagator between <italic>&#x003D5;</italic> and <italic>&#x003D5;</italic> can exist, generating the mass of <italic>N</italic>:</p>
<disp-formula id="E47"><label>(45)</label><mml:math id="M47"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>32</mml:mn><mml:msup><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:munder><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>ln</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>ln</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The 3 &#x000D7; 3 two-loop neutrino mass matrix <inline-formula><mml:math id="M166"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">M</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula><sub>&#x003BD;</sub> is given by</p>
<disp-formula id="E48"><label>(46)</label><mml:math id="M48"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">M</mml:mi><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>32</mml:mn><mml:msup><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<table-wrap position="float" id="T2">
<label>Table 2</label>
<caption><p>The matter content of the model B and the corresponding quantum numbers.</p></caption>
<table frame="hsides" rules="groups">
<thead><tr>
<th valign="top" align="left"><bold>Field</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Statistics</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>SU</italic>(2)<sub><italic>L</italic></sub></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>U</italic>(1)<sub><italic>Y</italic></sub></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>Z</italic><sub>2</sub></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><inline-formula><mml:math id="M169"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>L</italic><sup>&#x02032;</sup></bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>L</italic> &#x0003D; (&#x003BD;<sub><italic>L</italic></sub>, <italic>l</italic><sub><italic>L</italic></sub>)</td>
<td valign="top" align="left">F</td>
<td valign="top" align="center">2</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;1/2</td>
<td valign="top" align="center">&#x0002B;</td>
<td valign="top" align="center">&#x0002B;</td>
<td valign="top" align="center">1</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M170"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">F</td>
<td valign="top" align="center">1</td>
<td valign="top" align="center">1</td>
<td valign="top" align="center">&#x0002B;</td>
<td valign="top" align="center">&#x0002B;</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;1</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>N</italic></td>
<td valign="top" align="left">F</td>
<td valign="top" align="center">1</td>
<td valign="top" align="center">0</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;</td>
<td valign="top" align="center">&#x0002B;</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;1</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>H</italic> &#x0003D; (<italic>H</italic><sup>&#x0002B;</sup>, <italic>H</italic><sup>0</sup>)</td>
<td valign="top" align="left">B</td>
<td valign="top" align="center">2</td>
<td valign="top" align="center">1/2</td>
<td valign="top" align="center">&#x0002B;</td>
<td valign="top" align="center">&#x0002B;</td>
<td valign="top" align="center">0</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B7; &#x0003D; (&#x003B7;<sup>&#x0002B;</sup>, &#x003B7;<sup>0</sup>)</td>
<td valign="top" align="left">B</td>
<td valign="top" align="center">2</td>
<td valign="top" align="center">1/2</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;</td>
<td valign="top" align="center">&#x0002B;</td>
<td valign="top" align="center">0</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003C7;</td>
<td valign="top" align="left">F</td>
<td valign="top" align="center">1</td>
<td valign="top" align="center">0</td>
<td valign="top" align="center">&#x0002B;</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;</td>
<td valign="top" align="center">0</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003D5;</td>
<td valign="top" align="left">B</td>
<td valign="top" align="center">1</td>
<td valign="top" align="center">0</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;</td>
<td valign="top" align="center">1</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<fig id="F10" position="float">
<label>Figure 10</label>
<caption><p>Two-loop radiative neutrino mass of the model B. The upper cross means the soft breaking mass term <inline-formula><mml:math id="M171"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, which should indicate that there are <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub> and <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>I</italic></sub> loops in the inner one-loop diagram. The lower cross indicates the chirality flip of &#x003C7;. The result (Equation 46) is obtained by using the exact propagators of <italic>&#x003D5;</italic>s and &#x003C7;s.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-05-00053-g0010.tif"/>
</fig>
<p>We can also use (45) to obtain an approximate formula for the neutrino mass</p>
<disp-formula id="E49"><label>(47)</label><mml:math id="M49"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">M</mml:mi><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>~</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>32</mml:mn><mml:msup><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:munder><mml:mrow><mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>U</italic><sup><italic>N</italic></sup> is the unitary matrix diagonalizing the mass matrix (<sub><italic>M</italic><sub><italic>N</italic></sub>)<italic>ij</italic></sub> with the eigenvalues <italic>M</italic><sub><italic>k</italic></sub> and the mass eigenstates <inline-formula><mml:math id="M167"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, and we have used the fact that <inline-formula><mml:math id="M168"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0226A;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. In the following discussions we choose the theory parameters so as to be consistent with the global fit [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]:</p>
<disp-formula id="E50"><label>(48)</label><mml:math id="M50"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mn>7.50</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>0.17</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.19</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>eV</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>31</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mn>2.524</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>0.040</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.039</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn>2.514</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>0.041</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.038</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mtext>&#x000A0;eV</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.306</mml:mn><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mn>0.012</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mn>0.441</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>0.021</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.027</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn>0.587</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>0.024</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.020</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.02166</mml:mn><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mn>0.00075</mml:mn><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0.02179</mml:mn><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mn>0.00076</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where the values in the parenthesis are those for the inverted mass hierarchy.</p>
<sec>
<title>4.1. Dark radiation</title>
<p>According to the discussion at the beginning of this section, we identify the lightest right-handed neutrino with dark radiation contributing to &#x00394;<italic>N</italic><sub>eff</sub> <xref ref-type="fn" rid="fn0004"><sup>4</sup></xref>. Without los of generality we may assume it is <inline-formula><mml:math id="M172"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> with mass &#x02272; 0.24 eV. The upper bound on the mass is obtained together with 3.10 &#x0003C; <italic>N</italic><sub>eff</sub> &#x0003C; 3.42 in Feng et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B139">139</xref>]. To simplify the situation, we require that the heavier right-handed neutrinos <inline-formula><mml:math id="M173"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M174"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> decay above the decoupling temperature <inline-formula><mml:math id="M175"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>dec</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> of <inline-formula><mml:math id="M176"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. Their decay widths are given by</p>
<disp-formula id="E51"><label>(49)</label><mml:math id="M51"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msub><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>3072</mml:mn><mml:msup><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy='false'>&#x0007C;</mml:mo></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>&#x0007C;</mml:mo><mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>where we have used <inline-formula><mml:math id="M177"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and neglected the mass of <inline-formula><mml:math id="M178"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and &#x003BD;<sub><italic>L</italic></sub>s. Therefore, <inline-formula><mml:math id="M179"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M180"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> can decay above <inline-formula><mml:math id="M181"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>dec</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> if</p>
<disp-formula id="E52"><label>(50)</label><mml:math id="M52"><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msub><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02273;</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>dec</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>is satisfied, where <italic>H</italic>(<italic>T</italic>) is the Hubble constant at temperature <italic>T</italic>, and <italic>g</italic><sub>&#x0002A;<italic>s</italic></sub>(<italic>T</italic>) is the relativistic degrees of freedom at <italic>T</italic>. To obtain the effective number of the light relativistic species <italic>N</italic><sub>eff</sub> [<xref ref-type="bibr" rid="B125">125</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B140">140</xref>], we have to compute the energy density of <inline-formula><mml:math id="M182"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> at the time of the photon decoupling, where we denote the decoupling temperature of &#x003B3;, &#x003BD;<sub><italic>L</italic></sub> and <inline-formula><mml:math id="M183"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> by <inline-formula><mml:math id="M184"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>dec</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M185"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>dec</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, respectively. Further, <italic>T</italic><sub>&#x003BD;0</sub> (<italic>T</italic><sub><italic>N</italic>0</sub>) stands for the temperature of <inline-formula><mml:math id="M186"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at the decoupling of &#x003B3;. The most important fact is that the entropy per comoving volume is conserved, so that <italic>sa</italic><sup>3</sup> is constant, where <italic>s</italic> is the entropy density, and <italic>a</italic> is the scale factor. The effective number <italic>N</italic><sub>eff</sub> follows from <inline-formula><mml:math id="M187"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>15</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>eff</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and is given by Kolb and Turner [<xref ref-type="bibr" rid="B125">125</xref>], Steigman [<xref ref-type="bibr" rid="B140">140</xref>], Anchordoqui and Goldberg [<xref ref-type="bibr" rid="B141">141</xref>], Steigman et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B142">142</xref>], Anderhalden et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B143">143</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B145">145</xref>], Anchordoqui et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B144">144</xref>], and Weinberg [<xref ref-type="bibr" rid="B146">146</xref>]</p>
<disp-formula id="E53"><label>(51)</label><mml:math id="M53"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>eff</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3.046</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>dec</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>dec</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></disp-formula>
<p>for <italic>N</italic><sub>&#x003BD;</sub> &#x0003D; 3, where &#x003C1;<sub><italic>r</italic></sub> is the energy density of relativistic species. Since <inline-formula><mml:math id="M188"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>dec</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>75</mml:mn></mml:math></inline-formula>, we need to compute the decoupling temperature <inline-formula><mml:math id="M189"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>dec</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> to obtain <inline-formula><mml:math id="M190"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>dec</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and hence <italic>N</italic><sub>eff</sub>. For 0.05 &#x02272; &#x00394;<italic>N</italic><sub>eff</sub> &#x02272; 0.38 [<xref ref-type="bibr" rid="B139">139</xref>] we find <inline-formula><mml:math id="M191"><mml:mn>101</mml:mn><mml:mo>&#x02273;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>dec</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02273;</mml:mo><mml:mn>22</mml:mn></mml:math></inline-formula> and also <inline-formula><mml:math id="M192"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>dec</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>165</mml:mn></mml:math></inline-formula> MeV to obtain <inline-formula><mml:math id="M193"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>dec</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>30</mml:mn></mml:math></inline-formula> (which gives &#x00394;<italic>N</italic><sub>eff</sub> &#x0003D; 0.25). To estimate <inline-formula><mml:math id="M194"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>dec</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, we compute the annihilation rate &#x00393;<sub><italic>N</italic></sub>(<italic>T</italic>) of <inline-formula><mml:math id="M195"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> at <italic>T</italic>, which is given by</p>
<disp-formula id="E54"><label>(52)</label><mml:math id="M54"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>L</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>7</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>120</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy='false'>&#x0007C;</mml:mo></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>&#x0007C;</mml:mo><mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003B6;(3) &#x02243; 1.202&#x02026;&#x02009; and <italic>n</italic><sub><italic>N</italic></sub>(<italic>T</italic>) is the number density of <inline-formula><mml:math id="M196"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. Then we calculate <inline-formula><mml:math id="M197"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>dec</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> from <inline-formula><mml:math id="M198"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x00393;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>dec</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>dec</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which can be rewritten as <xref ref-type="fn" rid="fn0005"><sup>5</sup></xref></p>
<disp-formula id="E55"><label>(53)</label><mml:math id="M55"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>dec</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>164.2</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;MeV</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>29.9</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>dec</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>200</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;GeV</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>0409</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:math></disp-formula>
<p>with <inline-formula><mml:math id="M199"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:msub><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>It turns out that <italic>M</italic><sub>2, 3</sub> &#x0007E; <inline-formula><mml:math id="M200"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>(10) GeV to obtain &#x00394;<italic>N</italic><sub>eff</sub> &#x0007E; 0.25 while satisfying <italic>M</italic><sub>1</sub> &#x02272; 0.24 eV. To see this, we first find that</p>
<disp-formula id="E56"><label>(54)</label><mml:math id="M56"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:msub><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0007C;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02032;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>~</mml:mo><mml:mn>2.4</mml:mn><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>7</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>GeV</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>which follows from Equation (53) for &#x00394;<italic>N</italic><sub>eff</sub> &#x0007E; 0.25. Further we can estimate a part of Equation (49) from the neutrino mass Equation (47) with <italic>M</italic><sub>&#x003BD;</sub> &#x0007E; 0.05 eV:</p>
<disp-formula id="E57"><label>(55)</label><mml:math id="M57"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:munder><mml:mo stretchy='false'>&#x0007C;</mml:mo></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>~</mml:mo><mml:mn>2.7</mml:mn><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>15</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>&#x0007C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mtext>GeV</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>where we have used <inline-formula><mml:math id="M201"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. Then using Equation (50) with <italic>T</italic> &#x02243; 165 MeV (which corresponds to &#x00394;<italic>N</italic><sub>eff</sub> &#x02243; 0.25), we obtain</p>
<disp-formula id="E58"><label>(56)</label><mml:math id="M58"><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02272;</mml:mo><mml:mn>17</mml:mn><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>&#x000A0;GeV&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>Note that this is an order of magnitude estimate, and indeed <italic>M</italic><sub>2(3)</sub> can not be smaller than 10 GeV to satisfy &#x00394;<italic>N</italic><sub>eff</sub> &#x02272; 0.38.</p>
<p>Since we require that <italic>M</italic><sub>1</sub> &#x02272; 0.24 eV, there exists a huge hierarchy in the right-handed neutrino mass. This has a consequence on the Yukawa coupling matrix <italic>Y</italic>&#x02032;<sup>&#x003BD;</sup>: To obtain realistic neutrino masses with the mixing parameters given in Equation (48),</p>
<disp-formula id="E59"><label>(57)</label><mml:math id="M59"><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0226B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>has to be satisfied. Note that only <inline-formula><mml:math id="M202"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:math></inline-formula> enters into the thermally averaged annihilation cross section of <inline-formula><mml:math id="M203"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, as we can see from Equation (52). Because of &#x00394;<italic>N</italic><sub>eff</sub> &#x02272; 0.38, on the other hand, <inline-formula><mml:math id="M204"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:math></inline-formula> can not be made arbitrarily large. The hierarchy (Equation 57) has effects on the LFV radiative decays of the type <italic>l</italic><sub><italic>i</italic></sub>&#x02192;<italic>l</italic><sub><italic>j</italic></sub>&#x003B3;, so that the LFV decays and &#x00394;<italic>N</italic><sub>eff</sub> are related, as we will see below. In the limit <italic>m</italic><sub><italic>j</italic></sub>&#x0226A;<italic>m</italic><sub><italic>i</italic></sub>, where <italic>m</italic><sub><italic>i</italic></sub> and <italic>m</italic><sub><italic>j</italic></sub> stand for the mass of <italic>l</italic><sub><italic>i</italic></sub> and <italic>l</italic><sub><italic>j</italic></sub>, respectively, the ratio of the partial decay width <inline-formula><mml:math id="M205"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be written as Ma and Raidal [<xref ref-type="bibr" rid="B51">51</xref>]</p>
<disp-formula id="E60"><label>(58)</label><mml:math id="M60"><mml:mover accent='true'><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>768</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:munder><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>Here <inline-formula><mml:math id="M206"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M207"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02032;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are defined in Equations (40) and (47), respectively, and the current upper bounds on the branching fraction of these processes [<xref ref-type="bibr" rid="B107">107</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B148">148</xref>] require</p>
<disp-formula id="E61"><label>(59)</label><mml:math id="M61"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:munder><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02272;</mml:mo><mml:mn>2.5</mml:mn><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>220</mml:mn><mml:mtext>GeV</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E72"><label>(60)</label><mml:math id="M72"><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:munder><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02272;</mml:mo><mml:mn>8.1</mml:mn><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>220</mml:mn><mml:mtext>GeV</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E73"><label>(61)</label><mml:math id="M730"><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:munder><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02272;</mml:mo><mml:mn>7.0</mml:mn><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>220</mml:mn><mml:mtext>GeV</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>From Equation (59) we find that <inline-formula><mml:math id="M208"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>31</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02032;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is not constrained by the stringent constraint from <italic>&#x003BC;</italic> &#x02192; <italic>e&#x003B3;</italic>, which will be crucial in obtaining a realistic <italic>N</italic><sub>eff</sub> without having any contradiction with Equations (59&#x02013;61). Furthermore, if <inline-formula><mml:math id="M209"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>31</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02032;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is large compared with others and the hierarchy (Equation 57) is satisfied, the ratio <inline-formula><mml:math id="M210"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is &#x0007E; <inline-formula><mml:math id="M211"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mn>31</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and from the same reason &#x00394;<italic>N</italic><sub>eff</sub> depends mostly on <inline-formula><mml:math id="M212"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>31</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02032;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. A benchmark set of the input parameters is given by</p>
<disp-formula id="E62"><label>(62)</label><mml:math id="M62"><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02032;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>0.038</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>22.510</mml:mn><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>3.349</mml:mn><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>0.00129</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1.183</mml:mn><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>1.081</mml:mn><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>0.0154</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>7.723</mml:mn><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>9.334</mml:mn><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E63"><label>(63)</label><mml:math id="M63"><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>147</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;eV</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>9.55</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;GeV</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E64"><label>(64)</label><mml:math id="M64"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>220</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;GeV</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>200</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;GeV</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>207</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;GeV</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>which yields</p>
<disp-formula id="E65"><label>(65)</label><mml:math id="M65"><mml:msup><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>305</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>441</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>0213</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E66"><label>(66)</label><mml:math id="M66"><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>7.50</mml:mn><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mtext>GeV</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>31</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>00248</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mtext>GeV</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E67"><label>(67)</label><mml:math id="M67"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent='true'><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2.30</mml:mn><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mover accent='true'><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3.75</mml:mn><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>15</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mover accent='true'><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3.31</mml:mn><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where we have assumed that <inline-formula><mml:math id="M213"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>31</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02032;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are all real so that there is no CP phase. These values are consistent with Equations (48), (59&#x02013;61). With the same input parameters we find: The lhs of (50) &#x0003D; 5.46 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;21</sup> (1.78 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;20</sup>) GeV for <italic>N</italic><sub>2</sub> (<italic>N</italic><sub>3</sub>), where the rhs is <italic>H</italic> &#x0003D; 2.10 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;20</sup> GeV with <inline-formula><mml:math id="M214"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>dec</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>166</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">MeV</mml:mtext></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M215"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>dec</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>30</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>83</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and &#x00394;<italic>N</italic><sub>eff</sub> &#x0003D; 0.245.</p>
<p>In Figure <xref ref-type="fig" rid="F11">11</xref> we plot <italic>R</italic><sup>1/2</sup> against &#x00394;<italic>N</italic><sub>eff</sub> with <inline-formula><mml:math id="M216"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>240</mml:mn></mml:math></inline-formula> GeV and <inline-formula><mml:math id="M217"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>220</mml:mn></mml:math></inline-formula> GeV, where we have varied <inline-formula><mml:math id="M218"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> between 221 and 227 GeV. In the black region of Figure <xref ref-type="fig" rid="F11">11</xref> the differences of the neutrino mass squared and the neutrino mixing angles are consistent with Equation (48) for the normal hierarchy, and the constraints <italic>M</italic><sub>1</sub> &#x0003C; 0.24 eV, (Equations 50 and 59&#x02013;61) are satisfied. If &#x00394;<italic>N</italic><sub>eff</sub> and <italic>R</italic><sup>1/2</sup> would depend on <inline-formula><mml:math id="M219"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>31</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02032;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> only, we would obtain a line in the <inline-formula><mml:math id="M220"><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>eff</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> plane. The <inline-formula><mml:math id="M2190"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02032;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M221"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02032;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dependence in <italic>R</italic><sup>1/2</sup> cancels, but this is not the case for &#x00394;<italic>N</italic><sub>eff</sub>. This is the reason why we have an area instead of a line in Figure <xref ref-type="fig" rid="F11">11</xref>. We see from Figure <xref ref-type="fig" rid="F11">11</xref> that the predicted region for &#x00394;<italic>N</italic><sub>eff</sub> &#x02272; 0.1 is absent. The main reason is that we have assumed that <italic>M</italic><sub>2</sub>, <italic>M</italic><sub>3</sub> &#x02272; 16 GeV. This has also a consequence on the difference between <inline-formula><mml:math id="M223"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M224"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, because the mass difference changes the overall scale of the neutrino mass (47). To obtain a larger <italic>M</italic><sub>2, 3</sub>, we can decrease the mass difference, thereby implying an increase of the degree of fine-tuning. Further, the difference between <inline-formula><mml:math id="M225"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M226"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> can not be made arbitrarily large, because it requires a smaller <italic>M</italic><sub>2, 3</sub>, which due to <italic>H</italic>(<italic>T</italic>)&#x0221D;<italic>T</italic><sup>2</sup> in turn implies that the decoupling temperature <inline-formula><mml:math id="M227"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>dec</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> has to decrease to satisfy the constraint [Equation (50)]. A smaller <inline-formula><mml:math id="M228"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>dec</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, on the other hand, means a larger &#x00394;<italic>N</italic><sub>eff</sub> which is constrained to be below 0.38. This is why <inline-formula><mml:math id="M229"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is varied only in a small interval in Figure <xref ref-type="fig" rid="F11">11</xref>.</p>
<fig id="F11" position="float">
<label>Figure 11</label>
<caption><p><italic>R</italic><sup>1/2</sup> against &#x00394;<italic>N</italic><sub>eff</sub> with <inline-formula><mml:math id="M230"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>240</mml:mn></mml:math></inline-formula> GeV and <inline-formula><mml:math id="M231"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>220</mml:mn></mml:math></inline-formula> GeV, where <inline-formula><mml:math id="M232"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is varied between 221 and 227 GeV, and <inline-formula><mml:math id="M233"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M234"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-05-00053-g0011.tif"/>
</fig>
<p>Since the current upper bound on <inline-formula><mml:math id="M235"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is 4.2 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;13</sup> [<xref ref-type="bibr" rid="B107">107</xref>], the model B predicts</p>
<disp-formula id="E68"><label>(68)</label><mml:math id="M68"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>17</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>18</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02272;</mml:mo><mml:mn>1.2</mml:mn><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which is about two orders of magnitude smaller than the current experimental bounds [<xref ref-type="bibr" rid="B148">148</xref>].</p>
<p>Another consequence of the hierarchy (Equation 57) is that the total decay width of &#x003B7;<sub><italic>R</italic></sub> depends on <inline-formula><mml:math id="M244"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, which is approximately <inline-formula><mml:math id="M245"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> (we assume that &#x003B7;<sub><italic>R</italic></sub> is the lightest among &#x003B7;s). Therefore, &#x00394;<italic>N</italic><sub>eff</sub> is basically a function of the decay width. In Figure <xref ref-type="fig" rid="F12">12</xref> we show &#x00394;<italic>N</italic><sub>eff</sub> against <inline-formula><mml:math id="M246"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x00393;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the decay width of <inline-formula><mml:math id="M247"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> over <inline-formula><mml:math id="M248"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> , where we have used the same parameters as for Figure <xref ref-type="fig" rid="F11">11</xref>. <inline-formula><mml:math id="M249"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> decays almost 100 percent into neutrinos and dark radiation <inline-formula><mml:math id="M250"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, which is invisible. In contrast to this, &#x003B7;<sup>&#x0002B;</sup> can decay into a charged lepton and <inline-formula><mml:math id="M251"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, and the decay width over <inline-formula><mml:math id="M252"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the same as <inline-formula><mml:math id="M253"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x00393;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. &#x00393;<sub>&#x003B7;<sub><italic>R</italic></sub></sub> should be compared with the decay width for <inline-formula><mml:math id="M254"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal"></mml:mtext></mml:mstyle><mml:mi>f</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, which is &#x0007E; <inline-formula><mml:math id="M255"><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for the same parameter space as for Figure <xref ref-type="fig" rid="F12">12</xref>, where <italic>f</italic> and <italic>f</italic>&#x02032; stand for the SM fermions (except the top quark). Therefore, &#x003B7;<sup>&#x0002B;</sup> decays almost 100 percent into a charged lepton and missing energy. In Aristizabal Sierra [<xref ref-type="bibr" rid="B62">62</xref>], a similar hierarchical spectrum of the right-handed neutrinos in the model of Ma [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>] has been assumed (the lightest one has been regarded as a warm dark matter) and collider physics has been discussed. How the inert Higgs bosons can be produced via <italic>s</italic>-channel exchange of a virtual photon and <italic>Z</italic> boson [<xref ref-type="bibr" rid="B149">149</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B150">150</xref>] is the same, but the decay of the inert Higgs bosons is different because of the hierarchy Equation (57) of the Yukawa coupling constants. As it is mentioned above, the &#x003B7;<sup>&#x000B1;</sup> decays in the present model almost only into the lightest one <inline-formula><mml:math id="M256"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and a charged lepton. Therefore, the cascade decay of the heavier right-handed neutrinos into charged leptons will not be seen at collider experiments, because they can be produced only as a decay product of &#x003B7;<sup>&#x000B1;</sup>. The decay width of &#x003B7;<sup>&#x000B1;</sup> into an individual charged lepton depends of course on the value of <inline-formula><mml:math id="M257"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02032;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In the parameter space we have scanned we cannot make any definite conclusion on the difference.</p>
<fig id="F12" position="float">
<label>Figure 12</label>
<caption><p>&#x00394;<italic>N</italic><sub>eff</sub> against <inline-formula><mml:math id="M261"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x00393;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, where we have used the same parameters as for Figure <xref ref-type="fig" rid="F11">11</xref>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-05-00053-g0012.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec>
<title>4.2. Cold dark matter and its direct and indirect detection</title>
<p>Since the lightest <italic>N</italic> is dark radiation and the masses of the heavier ones are <inline-formula><mml:math id="M1252"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>(10) GeV (as we have seen in the previous subsection), <inline-formula><mml:math id="M258"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> can not be DM candidates, because they decay into <italic>N</italic> and &#x003BD;. So, DM candidates are &#x003C7; and the lightest component of <italic>&#x003D5;</italic><xref ref-type="fn" rid="fn0006"><sup>6</sup></xref>. In the case that &#x003B7;s are lighter than <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub> and the lightest component of <italic>&#x003D5;</italic> (which is assumed to be <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub>) is DM, a correct relic abundance <inline-formula><mml:math id="M260"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>1204</mml:mn><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>0027</mml:mn></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B88">88</xref>] can be easily obtained, because &#x003B3;<sub>3</sub> for the scalar coupling (&#x003B7;<sup>&#x02020;</sup>&#x003B7;)|&#x003D5;|<sup>2</sup> is an unconstrained parameter so far. So, in the following discussion we assume that <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub> is DM.</p>
<p>Because of the Higgs portal coupling &#x003B3;<sub>2</sub>, the direct detection of <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub> is possible. The current experimental bound of XENON1T [<xref ref-type="bibr" rid="B103">103</xref>] of the spin-independent cross section &#x003C3;<sub>SI</sub> off the nucleon requires |&#x003B3;<sub>2</sub>| &#x02272; 0.05 &#x0007E; 0.14 for<italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> &#x0003D; 250 &#x0007E; 500 GeV. Since &#x003B3;<sub>2</sub> is allowed only below an upper bound (which depends on the DM mass <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub>), &#x003B3;<sub>3</sub> can vary in a certain interval for a given DM mass.</p>
<p>With this remark, we note that the capture rate of DM in the Sun is proportional to &#x003C3;<sub>SI</sub>, while its annihilation rate in the Sun is proportional to the thermally averaged annihilation cross section, <inline-formula><mml:math id="M266"><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B110">110</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B120">120</xref>]. If a pair of <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub>s annihilates into <inline-formula><mml:math id="M267"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and also <inline-formula><mml:math id="M268"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, a pair of &#x003BD;<sub><italic>L</italic></sub> and <inline-formula><mml:math id="M269"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> will be produced, which may be observed on the Earth [<xref ref-type="bibr" rid="B121">121</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B122">122</xref>]. The signals will look very similar to those coming from <italic>W</italic><sup>&#x000B1;</sup>, which result from DM annihilation. The annihilation rate as a function of time <italic>t</italic> is given by Jungman et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B120">120</xref>]</p>
<disp-formula id="E69"><label>(69)</label><mml:math id="M69"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:msup><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:msup><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>C</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> is the capture rate in the Sun,</p>
<disp-formula id="E70"><label>(70)</label><mml:math id="M70"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>1.4</mml:mn><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mover accent='true'><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>200</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;GeV</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>125</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;GeV</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and <italic>C</italic><sub><italic>A</italic></sub> is given by</p>
<disp-formula id="E71"><label>(71)</label><mml:math id="M71"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02022;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mo>&#x02022;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5.7</mml:mn><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>27</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>cm</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>100</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;GeV</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mtext>s</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;with&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02022;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;and&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>X</mml:mi><mml:msup><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We have used <italic>f</italic>(250 GeV) &#x02243; 0.5 and <italic>f</italic>(500 GeV) &#x02243; 0.2 [<xref ref-type="bibr" rid="B120">120</xref>], and we have assumed that all the &#x003B7;s have the same mass and therefore <inline-formula><mml:math id="M276"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In Figure <xref ref-type="fig" rid="F13">13</xref> we plot the annihilation rate <inline-formula><mml:math id="M277"><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> today (<inline-formula><mml:math id="M278"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>45</mml:mn><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>17</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> s) against &#x003C3;<sub>SI</sub> for <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> &#x0003D; 250 and 500 GeV with <italic>m</italic><sub>&#x003B7;</sub> fixed at 230 GeV and <inline-formula><mml:math id="M279"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>117</mml:mn><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>123</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The vertical dashed lines are the XENON1T upper bound on &#x003C3;<sub>SI</sub> [<xref ref-type="bibr" rid="B103">103</xref>]. The peak of <inline-formula><mml:math id="M280"><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> &#x0003D; 250 (500) GeV appears at <inline-formula><mml:math id="M281"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>SI</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>46</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> cm<sup>2</sup> and is &#x02243; 1.7 (0.7) &#x000D7; 10<sup>18</sup> s<sup>&#x02212;1</sup>, which is two to three orders of magnitude smaller than the upper bound on the DM annihilation rate into <italic>W</italic><sup>&#x000B1;</sup> in the Sun [<xref ref-type="bibr" rid="B123">123</xref>].</p>
<fig id="F13" position="float">
<label>Figure 13</label>
<caption><p>The pair-annihilation rate of <italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub> into <inline-formula><mml:math id="M262"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M263"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> in the Sun, <inline-formula><mml:math id="M264"><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, against &#x003C3;<sub>SI</sub> for <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> &#x0003D; 250 (black) and 500 (red) GeV, where <italic>m</italic><sub>&#x003B7;</sub> is fixed at 230 GeV (all &#x003B7;s have the same mass) and <inline-formula><mml:math id="M265"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>117</mml:mn><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>123</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The black (red) vertical dashed line is the XENON1T [<xref ref-type="bibr" rid="B103">103</xref>] upper bound on &#x003C3;<sub>SI</sub> for <italic>m</italic><sub><italic>&#x003D5;</italic><sub><italic>R</italic></sub></sub> &#x0003D; 250 (black) and 500 (red) GeV.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-05-00053-g0013.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="conclusions" id="s5">
<title>5. Conclusion</title>
<p>We have discussed the extensions of the Ma model by imposing a larger unbroken symmetry <inline-formula><mml:math id="M282"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. Thanks to the symmetry, at least two stable particles exit. We have studied two models, model A and model B, where the stable particles form a multicomponent DM system in the model A, while they are a DM and dark radiation in the model B.</p>
<p>The model A is an extension of the model of Ma such that the lepton-number violating &#x0201C;&#x003BB;<sub>5</sub> coupling,&#x0201D; which is <inline-formula><mml:math id="M283"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to obtain small neutrino masses for <italic>Y</italic><sup>&#x003BD;</sup> &#x0007E; 0.01, is radiatively generated. Consequently, the neutrino masses are generated at the two-loop level, where the unbroken <inline-formula><mml:math id="M284"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> symmetry acts to forbid the generation of the one-loop mass. Such larger unbroken symmetry implies that the model involves a multi-component DM system. We have considered the case of the three-component DM system: two of them are SM singlet real scalars and the other one is a right-handed neutrino. The DM conversion and semi-annihilation in addition to the standard annihilation are relevant to the DM annihilation processes. We have found that the non-standard processes have a considerable influence on the DM relic abundance. We also have discussed the monochromatic neutrinos from the Sun as the indirect signal of the semi-annihilation of the DM particles. In the cases of one-component DM system of a real scalar boson or of a Majorana fermion the monochromatic neutrino production by the DM annihilation is strongly suppressed due to the chirality of the left-handed neutrino. However, such suppression is absent when DM is a complex scalar boson or a Dirac fermion. Also in a multicomponent DM system, the neutrino production is unsuppressed if it is an allowed process. We have found that the rate for the monochromatic neutrino production in the model A is very small compared with the current IceCUBE [<xref ref-type="bibr" rid="B123">123</xref>] sensitivity. However, the resonant effect in the <italic>s</italic>-channel process of the semi-annihilation can be expected to enhance the rate.</p>
<p>In the model B, the mass of the right-handed neutrinos are produced at the one-loop level. Then the radiative seesaw mechanism works at the two-loop level. Thanks to <inline-formula><mml:math id="M285"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> there exist at least two stable DM particles; a dark radiation <inline-formula><mml:math id="M286"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> with a mass of <inline-formula><mml:math id="M1253"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>(1) eV and the other one, DM, is the real part of <italic>&#x003D5;</italic>. The dark radiation contributes to &#x00394;<italic>N</italic><sub>eff</sub> &#x0003C; 1 such that the tensions in cosmology that exist among the observations in the local Universe (CMB temperature fluctuations and primordial gravitational fluctuations) can be alleviated. Because of the hierarchy <inline-formula><mml:math id="M287"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0226B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>dec</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>100</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">MeV</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>&#x0226B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> eV, we are able to relate to the ratio of the lepton flavor violating decays to &#x00394;<italic>N</italic><sub>eff</sub>. The indirect signal of the neutrino from the Sun has also been discussed. It is found that the predicted annihilation rate of the neutrinos is two to three orders of magnitude smaller than the current bound [<xref ref-type="bibr" rid="B123">123</xref>]. We have also expressed &#x00394;<italic>N</italic><sub>eff</sub> as a function of the decay width of <inline-formula><mml:math id="M288"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> (which is assumed to be lightest among &#x003B7;s). It decays 100 percent into left- and right-handed neutrinos, where the heavier right-handed neutrinos decay further into dark radiation (the lightest among them). Dark radiation appears as a missing energy in collider experiments. We also have found that &#x003B7;<sup>&#x0002B;</sup> decays 100 percent into a charged lepton and the missing energy. This is a good example in which, through the generation mechanism of the neutrino masses, cosmology and collider physics are closely related.</p>
</sec>
<sec id="s6">
<title>Author contributions</title>
<p>All authors listed, have made substantial, direct and intellectual contribution to the work, and approved it for publication.</p>
<sec>
<title>Conflict of interest statement</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
</sec>
</body>
<back>
<ack><p>The work of MA is supported in part by the Japan Society for the Promotion of Sciences Grant-in-Aid for Scientific Research (Grants No. 16H00864 and No. 17K05412). JK is partially supported by the Grant-in-Aid for Scientific Research (C) from the Japan Society for Promotion of Science (Grant No.16K05315).</p>
</ack>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Esteban</surname> <given-names>I</given-names></name> <name><surname>Gonzalez-Garcia</surname> <given-names>MC</given-names></name> <name><surname>Maltoni</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Martinez-Soler</surname> <given-names>I</given-names></name> <name><surname>Schwetz</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Updated fit to three neutrino mixing: exploring the accelerator-reactor complementarity</article-title>. <source>J High Energy Phys.</source> (<year>2017</year>) <volume>1</volume>:<fpage>087</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP01(2017)087</pub-id></citation></ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ade</surname> <given-names>PAR</given-names></name> <name><surname>Aghanim</surname> <given-names>N</given-names></name> <name><surname>Arnaud</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Ashdown</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Aumont</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Baccigalupi</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Banday</surname> <given-names>AJ</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Planck 2015 results. XIII. Cosmological parameters</article-title>. <source>Astron Astrophys.</source> (<year>2016</year>) <volume>594</volume>:<fpage>A13</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1051/0004-6361/201525830</pub-id></citation></ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Minkowski</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>&#x003BC; &#x02192; <italic>e&#x003B3;</italic> at a rate of one out of 10<sup>9</sup> muon decays?</article-title> <source>Phys Lett.</source> (<year>1977</year>) <volume>67B</volume>:<fpage>421</fpage>&#x02013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0370-2693(77)90435-X</pub-id></citation></ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gell-Mann</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Ramond</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Slansky</surname> <given-names>R</given-names></name></person-group>. <article-title>Complex spinors and unified theories</article-title>. <source>Conf Proc.</source> (<year>1979</year>) <volume>C790927</volume>:<fpage>315</fpage>&#x02013;<lpage>21</lpage>.</citation></ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="editor"><name><surname>Sawada</surname> <given-names>O</given-names></name> <name><surname>Sugamoto</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group> (Eds.). <source>Proceedings: Workshop on the Unified Theories and the Baryon Number in the Universe</source> <publisher-loc>Tsukuba</publisher-loc> (<year>1979</year>).</citation></ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mohapatra</surname> <given-names>RN</given-names></name> <name><surname>Senjanovic</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Neutrino mass and spontaneous parity violation</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>1980</year>) <volume>44</volume>:<fpage>912</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.44.912</pub-id></citation></ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zee</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>A theory of lepton number violation, neutrino majorana mass, and oscillation</article-title>. <source>Phys Lett.</source> (<year>1980</year>) <volume>93B</volume>:<fpage>389</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0370-2693(80)90349-4</pub-id></citation></ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zee</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Quantum numbers of majorana neutrino masses</article-title>. <source>Nucl Phys. B</source> (<year>1986</year>) <volume>264</volume>:<fpage>99</fpage>&#x02013;<lpage>110</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0550-3213(86)90475-X</pub-id></citation></ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Babu</surname> <given-names>KS</given-names></name></person-group>. <article-title>Model of &#x02018;calculable&#x02019; majorana neutrino masses</article-title>. <source>Phys Lett. B</source> (<year>1988</year>) <volume>203</volume>:<fpage>132</fpage>&#x02013;<lpage>6</lpage>.</citation></ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Krauss</surname> <given-names>LM</given-names></name> <name><surname>Nasri</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Trodden</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>A model for neutrino masses and dark matter</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2003</year>) <volume>67</volume>:<fpage>085002</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.67.085002</pub-id></citation></ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ma</surname> <given-names>E</given-names></name></person-group>. <article-title>Verifiable radiative seesaw mechanism of neutrino mass and dark matter</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2006</year>) <volume>73</volume>:<fpage>077301</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.73.077301</pub-id></citation></ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Nasri</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Moussa</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Model for small neutrino masses at the TeV scale</article-title>. <source>Mod Phys Lett. A</source> (<year>2002</year>) <volume>17</volume>:<fpage>771</fpage>&#x02013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S0217732302007119</pub-id></citation></ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ma</surname> <given-names>E</given-names></name></person-group>. <article-title>Z(3) dark matter and two-loop neutrino mass</article-title>. <source>Phys Lett. B</source> (<year>2008</year>) <volume>662</volume>:<fpage>49</fpage>&#x02013;<lpage>52</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physletb.2008.02.053</pub-id></citation></ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Aoki</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Kanemura</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Seto</surname> <given-names>O</given-names></name></person-group>. <article-title>Neutrino mass, dark matter and baryon asymmetry via TeV-scale physics without fine-tuning</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>2009</year>) <volume>102</volume>:<fpage>051805</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.102.051805</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">19257506</pub-id></citation></ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>March-Russell</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>McCabe</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>McCullough</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Neutrino-flavoured sneutrino dark matter</article-title>. <source>J High Energy Phys.</source> (<year>2010</year>) <volume>03</volume>:<fpage>108</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP03(2010)108</pub-id></citation></ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Aoki</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Kanemura</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Shindou</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Yagyu</surname> <given-names>K</given-names></name></person-group>. <article-title>An R-parity conserving radiative neutrino mass model without right-handed neutrinos</article-title>. <source>J High Energy Phys.</source> (<year>2010</year>) <volume>07</volume>:<fpage>084</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP07(2010)08410.1007/JHEP11(2010)049</pub-id></citation></ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kanemura</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Seto</surname> <given-names>O</given-names></name> <name><surname>Shimomura</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Masses of dark matter and neutrino from TeV scale spontaneous <italic>U</italic>(1)<sub><italic>B</italic>&#x02212;<italic>L</italic></sub> breaking</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2011</year>) <volume>84</volume>:<fpage>016004</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.84.016004</pub-id></citation></ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kanemura</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Nabeshima</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Sugiyama</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <article-title>Neutrino masses from loop-induced dirac yukawa couplings</article-title>. <source>Phys Lett. B</source> (<year>2011</year>) <volume>703</volume>:<fpage>66</fpage>&#x02013;<lpage>70</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physletb.2011.07.047</pub-id></citation></ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dev</surname> <given-names>PSB</given-names></name> <name><surname>Pilaftsis</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Minimal radiative neutrino mass mechanism for inverse seesaw models</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2012</year>) <volume>86</volume>:<fpage>113001</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.86.113001</pub-id></citation></ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bhupal Dev</surname> <given-names>PS</given-names></name> <name><surname>Pilaftsis</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Light and superlight sterile neutrinos in the minimal radiative inverse seesaw model</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2013</year>) <volume>87</volume>:<fpage>053007</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.87.053007</pub-id></citation></ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gustafsson</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>No</surname> <given-names>JM</given-names></name> <name><surname>Rivera</surname> <given-names>MA</given-names></name></person-group>. <article-title>Predictive model for radiatively induced neutrino masses and mixings with dark matter</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>2013</year>) <volume>110</volume>:<fpage>211802</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.110.211802</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">23745861</pub-id></citation></ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kajiyama</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Okada</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Yagyu</surname> <given-names>K</given-names></name></person-group>. <article-title>Two loop radiative seesaw model with inert triplet scalar field</article-title>. <source>Nucl Phys. B</source> (<year>2013</year>) <volume>874</volume>:<fpage>198</fpage>&#x02013;<lpage>216</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.nuclphysb.2013.05.020</pub-id></citation></ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Law</surname> <given-names>SSC</given-names></name> <name><surname>McDonald</surname> <given-names>KL</given-names></name></person-group>. <article-title>A class of inert N-tuplet models with radiative neutrino mass and dark matter</article-title>. <source>J High Energy Phys.</source> (<year>2013</year>) <volume>09</volume>:<fpage>092</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP09(2013)092</pub-id></citation></ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hirsch</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Lineros</surname> <given-names>RA</given-names></name> <name><surname>Morisi</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Palacio</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Rojas</surname> <given-names>N</given-names></name> <name><surname>Valle</surname> <given-names>JWF</given-names></name></person-group>. <article-title>WIMP dark matter as radiative neutrino mass messenger</article-title>. <source>J High Energy Phys.</source> (<year>2013</year>) <volume>10</volume>:<fpage>149</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP10(2013)149</pub-id></citation></ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Restrepo</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Zapata</surname> <given-names>O</given-names></name> <name><surname>Yaguna</surname> <given-names>CE</given-names></name></person-group>. <article-title>Models with radiative neutrino masses and viable dark matter candidates</article-title>. <source>J High Energy Phys.</source> (<year>2013</year>) <volume>11</volume>:<fpage>011</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP11(2013)011</pub-id></citation></ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lindner</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Schmidt</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Watanabe</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Dark matter and <italic>U</italic>(1)&#x02032; symmetry for the right-handed neutrinos</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2014</year>) <volume>89</volume>:<fpage>013007</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.89.013007</pub-id></citation></ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Okada</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Yagyu</surname> <given-names>K</given-names></name></person-group>. <article-title>Radiative generation of lepton masses</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2014</year>) <volume>89</volume>:<fpage>053008</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.89.053008</pub-id></citation></ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Baek</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Okada</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Toma</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Radiative lepton model and dark matter with global <italic>U</italic>(1)&#x02032; symmetry</article-title>. <source>Phys Lett. B</source> (<year>2014</year>) <volume>732</volume>:<fpage>85</fpage>&#x02013;<lpage>90</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physletb.2014.03.021</pub-id></citation></ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ahriche</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Chen</surname> <given-names>CS</given-names></name> <name><surname>McDonald</surname> <given-names>KL</given-names></name> <name><surname>Nasri</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Three-loop model of neutrino mass with dark matter</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2014</year>) <volume>90</volume>:<fpage>015024</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.90.015024</pub-id></citation></ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ahriche</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>McDonald</surname> <given-names>KL</given-names></name> <name><surname>Nasri</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>A model of radiative neutrino mass: with or without dark matter</article-title>. <source>J High Energy Phys.</source> (<year>2014</year>) <volume>10</volume>:<fpage>167</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP10(2014)167</pub-id></citation></ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kanemura</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Matsui</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Sugiyama</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <article-title>Neutrino mass and dark matter from gauged <italic>U</italic>(1)<sub><italic>B</italic>&#x02212;<italic>L</italic></sub> breaking</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2014</year>) <volume>90</volume>:<fpage>013001</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.90.013001</pub-id></citation></ref>
<ref id="B32">
<label>32.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kanemura</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Sakurai</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Sugiyama</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <article-title>Probing models of dirac neutrino masses via the flavor structure of the mass matrix</article-title>. <source>Phys Lett. B</source> (<year>2016</year>) <volume>758</volume>:<fpage>465</fpage>&#x02013;<lpage>72</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physletb.2016.05.046</pub-id></citation></ref>
<ref id="B33">
<label>33.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Simoes</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Wegman</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Radiative two-loop neutrino masses with dark matter</article-title>. <source>J High Energy Phys.</source> (<year>2017</year>) <volume>04</volume>:<fpage>148</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP04(2017)148</pub-id></citation></ref>
<ref id="B34">
<label>34.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ma</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Sarkar</surname> <given-names>U</given-names></name></person-group>. <article-title>Revelations of the E(6)/U(1)(N) model: two-loop neutrino mass and dark matter</article-title>. <source>Phys Lett. B</source> (<year>2007</year>) <volume>653</volume>:<fpage>288</fpage>&#x02013;<lpage>91</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physletb.2007.08.019</pub-id></citation></ref>
<ref id="B35">
<label>35.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kajiyama</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Okada</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Toma</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>New interpretation of the recent result of AMS-02 and multi-component decaying dark matters with non-Abelian discrete flavor symmetry</article-title>. <source>Eur Phys J. C</source> (<year>2014</year>) <volume>74</volume>:<fpage>2722</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjc/s10052-014-2722-9</pub-id></citation></ref>
<ref id="B36">
<label>36.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wang</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Han</surname> <given-names>ZL</given-names></name></person-group>. <article-title>Radiative linear seesaw model, dark matter, and <italic>U</italic>(1)<sub><italic>B</italic>&#x02212;<italic>L</italic></sub></article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2015</year>) <volume>92</volume>:<fpage>095001</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.92.095001</pub-id></citation></ref>
<ref id="B37">
<label>37.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kajiyama</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Okada</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Toma</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Multicomponent dark matter particles in a two-loop neutrino model</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2013</year>) <volume>88</volume>:<fpage>015029</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.88.015029</pub-id></citation></ref>
<ref id="B38">
<label>38.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Baek</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Okada</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Toma</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Two loop neutrino model and dark matter particles with global B-L symmetry</article-title>. <source>J Cosmol Astrop Phys.</source> (<year>2014</year>) <volume>1406</volume>:<fpage>027</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1475-7516/2014/06/027</pub-id></citation></ref>
<ref id="B39">
<label>39.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Aoki</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Kubo</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Takano</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <article-title>Two-loop radiative seesaw mechanism with multicomponent dark matter explaining the possible excess in the Higgs boson decay and at the Fermi LAT</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2013</year>) <volume>87</volume>:<fpage>116001</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.87.116001</pub-id></citation></ref>
<ref id="B40">
<label>40.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Aoki</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Kubo</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Takano</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <article-title>Multicomponent dark matter in radiative seesaw model and monochromatic neutrino flux</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2014</year>) <volume>90</volume>:<fpage>076011</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.90.076011</pub-id></citation></ref>
<ref id="B41">
<label>41.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ma</surname> <given-names>E</given-names></name></person-group>. <article-title>Supersymmetric model of radiative seesaw majorana neutrino masses</article-title>. <source>Ann Fond Broglie</source> (<year>2006</year>) <volume>31</volume>:<fpage>285</fpage>.</citation></ref>
<ref id="B42">
<label>42.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ma</surname> <given-names>E</given-names></name></person-group>. <article-title>Supersymmetric U(1) Gauge realization of the dark scalar doublet model of radiative neutrino mass</article-title>. <source>Mod Phys Lett. A</source> (<year>2008</year>) <volume>23</volume>:<fpage>721</fpage>&#x02013;<lpage>5</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S0217732308026753</pub-id></citation></ref>
<ref id="B43">
<label>43.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Fukuoka</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Kubo</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Suematsu</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Anomaly induced dark matter decay and PAMELA/ATIC experiments</article-title>. <source>Phys Lett. B</source> (<year>2009</year>) <volume>678</volume>:<fpage>401</fpage>&#x02013;<lpage>6</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physletb.2009.06.048</pub-id></citation></ref>
<ref id="B44">
<label>44.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Fukuoka</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Suematsu</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Toma</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Signals of dark matter in a supersymmetric two dark matter model</article-title>. <source>J Cosmol Astrop Phys.</source> (<year>2011</year>) <volume>1107</volume>:<fpage>001</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1475-7516/2011/07/001</pub-id></citation></ref>
<ref id="B45">
<label>45.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Suematsu</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Toma</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Dark matter in the supersymmetric radiative seesaw model with an anomalous U(1) symmetry</article-title>. <source>Nucl Phys. B</source> (<year>2011</year>) <volume>847</volume>:<fpage>567</fpage>&#x02013;<lpage>89</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.nuclphysb.2011.02.007</pub-id></citation></ref>
<ref id="B46">
<label>46.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Aoki</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Kubo</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Okawa</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Takano</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <article-title>Impact of inert higgsino dark matter</article-title>. <source>Phys Lett. B</source> (<year>2012</year>) <volume>707</volume>:<fpage>107</fpage>&#x02013;<lpage>15</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physletb.2011.12.012</pub-id></citation></ref>
<ref id="B47">
<label>47.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cai</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Herrero-Garca</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Schmidt</surname> <given-names>MA</given-names></name> <name><surname>Vicente</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Volkas</surname> <given-names>RR</given-names></name></person-group>. <article-title>From the trees to the forest: a review of radiative neutrino mass models</article-title>. (<year>2017</year>). e-Print: arXiv:1706.08524 [hep-ph].</citation></ref>
<ref id="B48">
<label>48.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kubo</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Ma</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Suematsu</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Cold dark matter, radiative neutrino mass, <italic>&#x003BC;</italic> &#x02192; <italic>e&#x003B3;</italic>, and neutrinoless double beta decay</article-title>. <source>Phys Lett. B</source> (<year>2006</year>) <volume>642</volume>:<fpage>18</fpage>&#x02013;<lpage>23</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physletb.2006.08.085</pub-id></citation></ref>
<ref id="B49">
<label>49.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bouchand</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Merle</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Running of radiative neutrino masses: the scotogenic model</article-title>. <source>J High Energy Phys.</source> (<year>2012</year>) <volume>07</volume>:<fpage>084</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP07(2012)084</pub-id></citation></ref>
<ref id="B50">
<label>50.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Merle</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Platscher</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Running of radiative neutrino masses: the scotogenic model &#x02212; revisited</article-title>. <source>J High Energy Phys.</source> (<year>2015</year>) <volume>11</volume>:<fpage>148</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP11(2015)148</pub-id></citation></ref>
<ref id="B51">
<label>51.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ma</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Raidal</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Neutrino mass, muon anomalous magnetic moment, and lepton flavor nonconservation</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>2001</year>) <volume>87</volume>:<fpage>011802</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.87.011802</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">11461460</pub-id></citation></ref>
<ref id="B52">
<label>52.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Suematsu</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Toma</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Yoshida</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Reconciliation of CDM abundance and <italic>&#x003BC;</italic> &#x02192; <italic>e&#x003B3;</italic> in a radiative seesaw model</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2009</year>) <volume>79</volume>:<fpage>093004</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.79.093004</pub-id></citation></ref>
<ref id="B53">
<label>53.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Aoki</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Kanemura</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Probing the Majorana nature of TeV-scale radiative seesaw models at collider experiments</article-title>. <source>Phys Lett. B</source> (<year>2010</year>) <volume>689</volume>:<fpage>28</fpage>&#x02013;<lpage>35</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physletb.2010.04.024</pub-id></citation></ref>
<ref id="B54">
<label>54.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Suematsu</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Toma</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Yoshida</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Enhancement of the annihilation of dark matter in a radiative seesaw model</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2010</year>) <volume>82</volume>:<fpage>013012</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.82.013012</pub-id></citation></ref>
<ref id="B55">
<label>55.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Schmidt</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Schwetz</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Toma</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Direct detection of leptophilic dark matter in a model with radiative neutrino masses</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2012</year>) <volume>85</volume>:<fpage>073009</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.85.073009</pub-id></citation></ref>
<ref id="B56">
<label>56.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hehn</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Ibarra</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>A radiative model with a naturally mild neutrino mass hierarchy</article-title>. <source>Phys Lett. B</source> (<year>2013</year>) <volume>718</volume>:<fpage>988</fpage>&#x02013;<lpage>91</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physletb.2012.11.034</pub-id></citation></ref>
<ref id="B57">
<label>57.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Toma</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Vicente</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Lepton flavor violation in the scotogenic model</article-title>. <source>J High Energy Phys.</source> (<year>2014</year>) <volume>01</volume>:<fpage>160</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP01(2014)160</pub-id></citation></ref>
<ref id="B58">
<label>58.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ibarra</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Yaguna</surname> <given-names>CE</given-names></name> <name><surname>Zapata</surname> <given-names>O</given-names></name></person-group>. <article-title>Direct detection of fermion dark matter in the radiative seesaw model</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2016</year>) <volume>93</volume>:<fpage>035012</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.93.035012</pub-id></citation></ref>
<ref id="B59">
<label>59.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Merle</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Platscher</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Rojas</surname> <given-names>N</given-names></name> <name><surname>Valle</surname> <given-names>JWF</given-names></name> <name><surname>Vicente</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Consistency of WIMP Dark Matter as radiative neutrino mass messenger</article-title>. <source>J High Energy Phys.</source> (<year>2016</year>) <volume>07</volume>:<fpage>013</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP07(2016)013</pub-id></citation></ref>
<ref id="B60">
<label>60.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lindner</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Platscher</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Yaguna</surname> <given-names>CE</given-names></name> <name><surname>Merle</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Fermionic WIMPs and vacuum stability in the scotogenic model</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2016</year>) <volume>94</volume>:<fpage>115027</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.94.115027</pub-id></citation></ref>
<ref id="B61">
<label>61.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hessler</surname> <given-names>AG</given-names></name> <name><surname>Ibarra</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Molinaro</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Vogl</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Probing the scotogenic FIMP at the LHC</article-title>. <source>J High Energy Phys.</source> (<year>2017</year>) <volume>01</volume>:<fpage>100</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP01(2017)100</pub-id></citation></ref>
<ref id="B62">
<label>62.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Aristizabal Sierra</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Kubo</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Restrepo</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Suematsu</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Zapata</surname> <given-names>O</given-names></name></person-group>. <article-title>Radiative seesaw: warm dark matter, collider and lepton flavour violating signals</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2009</year>) <volume>79</volume>:<fpage>013011</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.79.013011</pub-id></citation></ref>
<ref id="B63">
<label>63.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gelmini</surname> <given-names>GB</given-names></name> <name><surname>Osoba</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Palomares-Ruiz</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Inert-sterile neutrino: cold or warm dark matter candidate</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2010</year>) <volume>81</volume>:<fpage>063529</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.81.063529</pub-id></citation></ref>
<ref id="B64">
<label>64.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ma</surname> <given-names>E</given-names></name></person-group>. <article-title>Radiative scaling neutrino mass and warm dark matter</article-title>. <source>Phys Lett. B</source> (<year>2012</year>) <volume>717</volume>:<fpage>235</fpage>&#x02013;<lpage>7</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physletb.2012.09.046</pub-id></citation></ref>
<ref id="B65">
<label>65.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bhattacharya</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Poulose</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Ghosh</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>Multipartite interacting scalar dark matter in the light of updated LUX data</article-title>. <source>J Cosmol Astrop Phys.</source> (<year>2017</year>) <volume>1704</volume>:<fpage>043</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1475-7516/2017/04/043</pub-id></citation></ref>
<ref id="B66">
<label>66.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Berezhiani</surname> <given-names>ZG</given-names></name> <name><surname>Khlopov</surname> <given-names>MYu</given-names></name></person-group>. <article-title>Physics of cosmological dark matter in the theory of broken family symmetry</article-title>. (In Russian). <source>Sov J Nucl Phys.</source> (<year>1990</year>) <volume>52</volume>:<fpage>60</fpage>&#x02013;<lpage>4</lpage>.</citation></ref>
<ref id="B67">
<label>67.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Berezhiani</surname> <given-names>ZG</given-names></name> <name><surname>Khlopov</surname> <given-names>MYu</given-names></name></person-group>. <article-title>Cosmology of spontaneously broken gauge family symmetry</article-title>. <source>Z Phys. C</source> (<year>1991</year>) <volume>49</volume>:<fpage>73</fpage>&#x02013;<lpage>8</lpage>.</citation></ref>
<ref id="B68">
<label>68.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hur</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Lee</surname> <given-names>HS</given-names></name> <name><surname>Nasri</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>A supersymmetric U(1)-prime model with multiple dark matters</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2008</year>) <volume>77</volume>:<fpage>015008</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.77.015008</pub-id></citation></ref>
<ref id="B69">
<label>69.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zurek</surname> <given-names>KM</given-names></name></person-group>. <article-title>Multi-component dark matter</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2009</year>) <volume>79</volume>:<fpage>115002</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.79.115002</pub-id></citation></ref>
<ref id="B70">
<label>70.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Batell</surname> <given-names>B</given-names></name></person-group>. <article-title>Dark discrete gauge symmetries</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2011</year>) <volume>83</volume>:<fpage>035006</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.83.035006</pub-id></citation></ref>
<ref id="B71">
<label>71.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dienes</surname> <given-names>KR</given-names></name> <name><surname>Thomas</surname> <given-names>B</given-names></name></person-group>. <article-title>Dynamical dark matter: I</article-title>. Theoretical overview. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2012</year>) <volume>85</volume>:<fpage>083523</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.85.083523</pub-id></citation></ref>
<ref id="B72">
<label>72.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dienes</surname> <given-names>KR</given-names></name> <name><surname>Thomas</surname> <given-names>B</given-names></name></person-group>. <article-title>Dynamical dark matter: II. An explicit model</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2012</year>) <volume>85</volume>:<fpage>083524</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.85.083524</pub-id></citation></ref>
<ref id="B73">
<label>73.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ivanov</surname> <given-names>IP</given-names></name> <name><surname>Keus</surname> <given-names>V</given-names></name></person-group>. <article-title><italic>Z</italic><sub><italic>p</italic></sub> scalar dark matter from multi-Higgs-doublet models</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2012</year>) <volume>86</volume>:<fpage>016004</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.86.016004</pub-id></citation></ref>
<ref id="B74">
<label>74.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dienes</surname> <given-names>KR</given-names></name> <name><surname>Su</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Thomas</surname> <given-names>B</given-names></name></person-group>. <article-title>Distinguishing dynamical dark matter at the LHC</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2012</year>) <volume>86</volume>:<fpage>054008</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.86.054008</pub-id></citation></ref>
<ref id="B75">
<label>75.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>D&#x00027;Eramo</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>McCullough</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Thaler</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Multiple gamma lines from semi-annihilation</article-title>. <source>J Cosmol Astrop Phys.</source> (<year>2013</year>) <volume>1304</volume>:<fpage>030</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1475-7516/2013/04/030</pub-id></citation></ref>
<ref id="B76">
<label>76.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gu</surname> <given-names>PH</given-names></name></person-group>. <article-title>Multi-component dark matter with magnetic moments for Fermi-LAT gamma-ray line</article-title>. <source>Phys Dark Univ.</source> (<year>2013</year>) <volume>2</volume>:<fpage>35</fpage>&#x02013;<lpage>40</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.dark.2013.03.001</pub-id></citation></ref>
<ref id="B77">
<label>77.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bhattacharya</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Drozd</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Grzadkowski</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Wudka</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Two-component dark matter</article-title>. <source>J High Energy Phys.</source> (<year>2013</year>) <volume>10</volume>:<fpage>158</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP10(2013)158</pub-id></citation></ref>
<ref id="B78">
<label>78.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bhattacharya</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Drozd</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Grzadkowski</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Wudka</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Constraints on two-component dark matter</article-title>. <source>Acta Phys Polon. B</source> (<year>2013</year>) <volume>44</volume>:<fpage>2373</fpage>&#x02013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.5506/APhysPolB.44.2373</pub-id></citation></ref>
<ref id="B79">
<label>79.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Geng</surname> <given-names>CQ</given-names></name> <name><surname>Huang</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Tsai</surname> <given-names>LH</given-names></name></person-group>. <article-title>Imprint of multicomponent dark matter on AMS-02</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2014</year>) <volume>89</volume>:<fpage>055021</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.89.055021</pub-id></citation></ref>
<ref id="B80">
<label>80.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Boddy</surname> <given-names>KK</given-names></name> <name><surname>Feng</surname> <given-names>JL</given-names></name> <name><surname>Kaplinghat</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Tait</surname> <given-names>TMP</given-names></name></person-group>. <article-title>Self-interacting dark matter from a non-abelian hidden sector</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2014</year>) <volume>89</volume>:<fpage>115017</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.89.115017</pub-id></citation></ref>
<ref id="B81">
<label>81.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Geng</surname> <given-names>CQ</given-names></name> <name><surname>Huang</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Tsai</surname> <given-names>LH</given-names></name></person-group>. <article-title>Cosmic ray excesses from multi-component dark matter decays</article-title>. <source>Mod Phys Lett. A</source> (<year>2014</year>) <volume>29</volume>:<fpage>1440003</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S0217732314400033</pub-id></citation></ref>
<ref id="B82">
<label>82.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Esch</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Klasen</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Yaguna</surname> <given-names>CE</given-names></name></person-group>. <article-title>A minimal model for two-component dark matter</article-title>. <source>J High Energy Phys.</source> (<year>2014</year>) <volume>09</volume>:<fpage>108</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP09(2014)108</pub-id></citation></ref>
<ref id="B83">
<label>83.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Geng</surname> <given-names>CQ</given-names></name> <name><surname>Huang</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Lai</surname> <given-names>C</given-names></name></person-group>. <article-title>Multi-component dark matter</article-title>. <source>Int J Mod Phys. A</source> (<year>2015</year>) <volume>30</volume>:<fpage>1545009</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S0217751X15450098</pub-id></citation></ref>
<ref id="B84">
<label>84.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Arcadi</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Gross</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Lebedev</surname> <given-names>O</given-names></name> <name><surname>Mambrini</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Pokorski</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Toma</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Multicomponent dark matter from gauge symmetry</article-title>. <source>J High Energy Phys.</source> (<year>2016</year>) <volume>12</volume>:<fpage>081</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP12(2016)081</pub-id></citation></ref>
<ref id="B85">
<label>85.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>DiFranzo</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Mohlabeng</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Multi-component dark matter through a radiative higgs portal</article-title>. <source>J High Energy Phys.</source> (<year>2017</year>) <volume>01</volume>:<fpage>080</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP01(2017)080</pub-id></citation></ref>
<ref id="B86">
<label>86.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Aoki</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Toma</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Implications of two-component dark matter induced by forbidden channels and thermal freeze-out</article-title>. <source>J Cosmol Astrop Phys.</source> (<year>2017</year>) <volume>1701</volume>:<fpage>042</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1475-7516/2017/01/042</pub-id></citation></ref>
<ref id="B87">
<label>87.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Aoki</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Duerr</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Kubo</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Takano</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <article-title>Multi-component dark matter systems and their observation prospects</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2012</year>) <volume>86</volume>:<fpage>076015</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.86.076015</pub-id></citation></ref>
<ref id="B88">
<label>88.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ade</surname> <given-names>PAR</given-names></name> <name><surname>Aghanim</surname> <given-names>N</given-names></name> <name><surname>Armitage-Caplan</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Arnaud</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Ashdown</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Atrio-Barandela</surname> <given-names>F</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Planck 2013 results</article-title>. XVI. Cosmological parameters. <source>Astron Astrophys.</source> (<year>2014</year>) <volume>571</volume>:<fpage>A16</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1051/0004-6361/201321591</pub-id></citation></ref>
<ref id="B89">
<label>89.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>D&#x00027;Eramo</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Thaler</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Semi-annihilation of dark matter</article-title>. <source>J High Energy Phys.</source> (<year>2010</year>) <volume>06</volume>:<fpage>109</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP06(2010)109</pub-id></citation></ref>
<ref id="B90">
<label>90.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Belanger</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Kannike</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Pukhov</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Raidal</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Impact of semi-annihilations on dark matter phenomenology - an example of <italic>Z</italic><sub><italic>N</italic></sub> symmetric scalar dark matter</article-title>. <source>J Cosmol Astrop Phys.</source> (<year>2012</year>) <volume>1204</volume>:<fpage>010</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1475-7516/2012/04/010</pub-id></citation></ref>
<ref id="B91">
<label>91.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Belanger</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Kannike</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Pukhov</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Raidal</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title><italic>Z</italic><sub>3</sub> scalar singlet dark matter</article-title>. <source>J Cosmol Astrop Phys.</source> (<year>2013</year>) <volume>1301</volume>:<fpage>022</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1475-7516/2013/01/022</pub-id></citation></ref>
<ref id="B92">
<label>92.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ko</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Tang</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>Self-interacting scalar dark matter with local <italic>Z</italic><sub>3</sub> symmetry</article-title>. <source>J Cosmol Astrop Phys.</source> (<year>2014</year>) <volume>1405</volume>:<fpage>047</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1475-7516/2014/05/047</pub-id></citation></ref>
<ref id="B93">
<label>93.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Blanger</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Kannike</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Pukhov</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Raidal</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Minimal semi-annihilating &#x02124;<sub><italic>N</italic></sub> scalar dark matter</article-title>. <source>J Cosmol Astrop Phys.</source> (<year>2014</year>) <volume>1406</volume>:<fpage>021</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1475-7516/2014/06/021</pub-id></citation></ref>
<ref id="B94">
<label>94.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Aoki</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Toma</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Impact of semi-annihilation of &#x02124;<sub>3</sub> symmetric dark matter with radiative neutrino masses</article-title>. <source>J Cosmol Astrop Phys.</source> (<year>2014</year>) <volume>1409</volume>:<fpage>016</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1475-7516/2014/09/016</pub-id></citation></ref>
<ref id="B95">
<label>95.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ding</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Han</surname> <given-names>ZL</given-names></name> <name><surname>Liao</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Xie</surname> <given-names>WP</given-names></name></person-group>. <article-title>Radiative neutrino mass with<sub>3</sub> dark matter: from relic density to LHC signatures</article-title>. <source>J High Energy Phys.</source> (<year>2016</year>) <volume>05</volume>:<fpage>030</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP05(2016)030</pub-id></citation></ref>
<ref id="B96">
<label>96.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hambye</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Hidden vector dark matter</article-title>. <source>J High Energy Phys.</source> (<year>2009</year>) <volume>01</volume>:<fpage>028</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1126-6708/2009/01/028</pub-id></citation></ref>
<ref id="B97">
<label>97.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Arina</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Hambye</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Ibarra</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Weniger</surname> <given-names>C</given-names></name></person-group>. <article-title>Intense gamma-ray lines from hidden vector dark matter decay</article-title>. <source>J Cosmol Astrop Phys.</source> (<year>2010</year>) <volume>1003</volume>:<fpage>024</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1475-7516/2010/03/024</pub-id></citation></ref>
<ref id="B98">
<label>98.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Khoze</surname> <given-names>VV</given-names></name> <name><surname>McCabe</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Ro</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Higgs vacuum stability from the dark matter portal</article-title>. <source>J High Energy Phys.</source> (<year>2014</year>) <volume>08</volume>:<fpage>026</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP08(2014)026</pub-id></citation></ref>
<ref id="B99">
<label>99.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Boehm</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Dolan</surname> <given-names>MJ</given-names></name> <name><surname>McCabe</surname> <given-names>C</given-names></name></person-group>. <article-title>A weighty interpretation of the Galactic Centre excess</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2014</year>) <volume>90</volume>:<fpage>023531</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.90.023531</pub-id></citation></ref>
<ref id="B100">
<label>100.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>&#x00027;tHooft</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Naturalness, chiral symmetry, and spontaneous chiral symmetry breaking</article-title>. <source>NATO Sci Ser B.</source> (<year>1980</year>) <volume>59</volume>:<fpage>135</fpage>&#x02013;<lpage>57</lpage>.</citation></ref>
<ref id="B101">
<label>101.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ellis</surname> <given-names>JR</given-names></name> <name><surname>Ferstl</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Olive</surname> <given-names>KA</given-names></name></person-group>. <article-title>Reevaluation of the elastic scattering of supersymmetric dark matter</article-title>. <source>Phys Lett. B</source> (<year>2000</year>) <volume>481</volume>:<fpage>304</fpage>&#x02013;<lpage>14</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0370-2693(00)00459-7</pub-id></citation></ref>
<ref id="B102">
<label>102.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Akerib</surname> <given-names>DS</given-names></name> <name><surname>Alsum</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Ara&#x0015B;jo</surname> <given-names>HM</given-names></name> <name><surname>Bai</surname> <given-names>X</given-names></name> <name><surname>Bailey</surname> <given-names>AJ</given-names></name> <name><surname>Balajthy</surname> <given-names>J</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Results from a search for dark matter in the complete LUX exposure</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>2017</year>) <volume>118</volume>:<fpage>021303</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.118.021303</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">28128598</pub-id></citation></ref>
<ref id="B103">
<label>103.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Aprile</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Aalbers</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Agostini</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Alfonsi</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Amaro</surname> <given-names>FD</given-names></name> <name><surname>Anthony</surname> <given-names>M</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>First dark matter search results from the XENON1T experiment</article-title>. (<year>2017</year>). e-Print: arXiv:1705.06655 [astro-ph.CO].</citation></ref>
<ref id="B104">
<label>104.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wu</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Zheng</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Scalar dark matter: real vs complex</article-title>. <source>J High Energy Phys.</source> (<year>2017</year>) <volume>03</volume>:<fpage>142</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP03(2017)142</pub-id></citation></ref>
<ref id="B105">
<label>105.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Arcadi</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Dutra</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Ghosh</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Lindner</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Mambrini</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Pierre</surname> <given-names>M</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>The waning of the WIMP? A review of models, searches, and constraints</article-title>. (<year>2017</year>). e-Print: arXiv:1703.07364 [hep-ph].</citation></ref>
<ref id="B106">
<label>106.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Athron</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Balzs</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Bringmann</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Buckley</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Chrzaszcz</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Conrad</surname> <given-names>J</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Status of the scalar singlet dark matter model</article-title>. <source>Eur Phys J. C</source> (<year>2017</year>) <volume>77</volume>:<fpage>568</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjc/s10052-017-5113-1</pub-id></citation></ref>
<ref id="B107">
<label>107.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Baldini</surname> <given-names>AM</given-names></name> <name><surname>Bao</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Baracchini</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Bemporad</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Berg</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Biasotti</surname> <given-names>M</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Search for the lepton flavour violating decay <italic>&#x003BC;</italic><sup>&#x0002B;</sup>&#x02192;<italic>e</italic><sup>&#x0002B;</sup>&#x003B3; with the full dataset of the MEG experiment</article-title>. <source>Eur Phys J. C</source> (<year>2016</year>) <volume>76</volume>:<fpage>434</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjc/s10052-016-4271-x</pub-id></citation></ref>
<ref id="B108">
<label>108.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Barbieri</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Hall</surname> <given-names>LJ</given-names></name> <name><surname>Rychkov</surname> <given-names>VS</given-names></name></person-group>. <article-title>Improved naturalness with a heavy Higgs: an Alternative road to LHC physics</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2006</year>) <volume>74</volume>:<fpage>015007</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.74.015007</pub-id></citation></ref>
<ref id="B109">
<label>109.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Baak</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Cth</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Haller</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Hoecker</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Kogler</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Mnig</surname> <given-names>K</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>The global electroweak fit at NNLO and prospects for the LHC and ILC</article-title>. <source>Eur Phys J. C</source> (<year>2014</year>) <volume>74</volume>:<fpage>3046</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjc/s10052-014-3046-5</pub-id></citation></ref>
<ref id="B110">
<label>110.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Silk</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Olive</surname> <given-names>KA</given-names></name> <name><surname>Srednicki</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>The photino, the sun and high-energy neutrinos</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>1985</year>) <volume>55</volume>:<fpage>257</fpage>&#x02013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.55.257</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">10032042</pub-id></citation></ref>
<ref id="B111">
<label>111.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Krauss</surname> <given-names>LM</given-names></name> <name><surname>Srednicki</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Wilczek</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>Solar system constraints and signatures for dark matter candidates</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>1986</year>) <volume>33</volume>:<fpage>2079</fpage>&#x02013;<lpage>83</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.33.2079</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">9956878</pub-id></citation></ref>
<ref id="B112">
<label>112.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Freese</surname> <given-names>K</given-names></name></person-group>. <article-title>Can scalar neutrinos or massive dirac neutrinos be the missing mass?</article-title> <source>Phys Lett.</source> (<year>1986</year>) <volume>167B</volume>:<fpage>295</fpage>&#x02013;<lpage>300</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0370-2693(86)90349-7</pub-id></citation></ref>
<ref id="B113">
<label>113.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gaisser</surname> <given-names>TK</given-names></name> <name><surname>Steigman</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Tilav</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Limits on cold dark matter candidates from deep underground detectors</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>1986</year>) <volume>34</volume>:<fpage>2206</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.34.2206</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">9957408</pub-id></citation></ref>
<ref id="B114">
<label>114.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Griest</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Seckel</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Cosmic asymmetry, neutrinos and the sun</article-title>. <source>Nucl Phys. B</source> (<year>1987</year>) <volume>283</volume>:<fpage>681</fpage>&#x02013;<lpage>705</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0550-3213(87)90293-8</pub-id></citation></ref>
<ref id="B115">
<label>115.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ritz</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Seckel</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Detailed neutrino spectra from cold dark matter annihilations in the sun</article-title>. <source>Nucl Phys. B</source> (<year>1988</year>) <volume>304</volume>:<fpage>877</fpage>&#x02013;<lpage>908</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0550-3213(88)90660-8</pub-id></citation></ref>
<ref id="B116">
<label>116.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bertone</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Hooper</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Silk</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Particle dark matter: evidence, candidates and constraints</article-title>. <source>Phys Rept.</source> (<year>2005</year>) <volume>405</volume>:<fpage>279</fpage>&#x02013;<lpage>390</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physrep.2004.08.031</pub-id></citation></ref>
<ref id="B117">
<label>117.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Silk</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Moore</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Diemand</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Bullock</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Kaplinghat</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Strigari</surname> <given-names>L</given-names></name> <etal/></person-group>. <source>Particle Dark Matter: Observations, Models and Searches</source>. <person-group person-group-type="editor"><name><surname>Bertone</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group> editor. <publisher-loc>Cambridge</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name> (<year>2010</year>). Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.cambridge.org/uk/catalogue/catalogue.asp?isbn=9780521763684">http://www.cambridge.org/uk/catalogue/catalogue.asp?isbn=9780521763684</ext-link></citation></ref>
<ref id="B118">
<label>118.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kamionkowski</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Energetic neutrinos from heavy neutralino annihilation in the sun</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>1991</year>) <volume>44</volume>:<fpage>3021</fpage>&#x02013;<lpage>42</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.44.3021</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">10013757</pub-id></citation></ref>
<ref id="B119">
<label>119.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kamionkowski</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Griest</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Jungman</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Sadoulet</surname> <given-names>B</given-names></name></person-group>. <article-title>Model independent comparison of direct versus indirect detection of supersymmetric dark matter</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>1995</year>) <volume>74</volume>:<fpage>5174</fpage>&#x02013;<lpage>7</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.74.5174</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">10058701</pub-id></citation></ref>
<ref id="B120">
<label>120.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Jungman</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Kamionkowski</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Griest</surname> <given-names>K</given-names></name></person-group>. <article-title>Supersymmetric dark matter</article-title>. <source>Phys Rept.</source> (<year>1996</year>) <volume>267</volume>:<fpage>195</fpage>&#x02013;<lpage>373</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0370-1573(95)00058-5</pub-id></citation></ref>
<ref id="B121">
<label>121.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Agrawal</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Dolle</surname> <given-names>EM</given-names></name> <name><surname>Krenke</surname> <given-names>CA</given-names></name></person-group>. <article-title>Signals of inert doublet dark matter in neutrino telescopes</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2009</year>) <volume>79</volume>:<fpage>015015</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.79.015015</pub-id></citation></ref>
<ref id="B122">
<label>122.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Andreas</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Tytgat</surname> <given-names>MHG</given-names></name> <name><surname>Swillens</surname> <given-names>Q</given-names></name></person-group>. <article-title>Neutrinos from inert doublet dark matter</article-title>. <source>J Cosmol Astrop Phys.</source> (<year>2009</year>) <volume>0904</volume>:<fpage>004</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1475-7516/2009/04/004</pub-id></citation></ref>
<ref id="B123">
<label>123.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Aartsen</surname> <given-names>MG</given-names></name> <name><surname>Ackermann</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Adams</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Aguilar</surname> <given-names>JA</given-names></name> <name><surname>Ahlers</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Ahrens</surname> <given-names>M</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Search for annihilating dark matter in the Sun with 3 years of IceCube data</article-title>. <source>Eur Phys J. C</source> (<year>2017</year>) <volume>77</volume>:<fpage>146</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjc/s10052-017-4689-9</pub-id></citation></ref>
<ref id="B124">
<label>124.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lee</surname> <given-names>BW</given-names></name> <name><surname>Weinberg</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Cosmological lower bound on heavy neutrino masses</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>1977</year>) <volume>39</volume>:<fpage>165</fpage>&#x02013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.39.165</pub-id></citation></ref>
<ref id="B125">
<label>125.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kolb</surname> <given-names>EW</given-names></name> <name><surname>Turner</surname> <given-names>MS</given-names></name></person-group>. <article-title>The early universe</article-title>. <source>Front Phys.</source> (<year>1990</year>) <volume>69</volume>:<fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>547</lpage>.</citation></ref>
<ref id="B126">
<label>126.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Fukugita</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Yanagida</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Baryogenesis without grand unification</article-title>. <source>Phys Lett. B</source> (<year>1986</year>) <volume>174</volume>:<fpage>45</fpage>&#x02013;<lpage>7</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0370-2693(86)91126-3</pub-id></citation></ref>
<ref id="B127">
<label>127.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Rozo</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Wechsler</surname> <given-names>RH</given-names></name> <name><surname>Rykoff</surname> <given-names>ES</given-names></name> <name><surname>Annis</surname> <given-names>JT</given-names></name> <name><surname>Becker</surname> <given-names>MR</given-names></name> <name><surname>Evrard</surname> <given-names>AE</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Cosmological constraints from the SDSS maxBCG cluster catalog</article-title>. <source>Astrophys J.</source> (<year>2010</year>) <volume>708</volume>:<fpage>645</fpage>&#x02013;<lpage>60</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0004-637X/708/1/645</pub-id></citation></ref>
<ref id="B128">
<label>128.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Riess</surname> <given-names>AG</given-names></name> <name><surname>Macri</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Casertano</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Lampeitl</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Ferguson</surname> <given-names>HC</given-names></name> <name><surname>Filippenko</surname> <given-names>AV</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>A 3% solution: determination of the hubble constant with the hubble space telescope and wide field camera 3</article-title>. <source>Astrophys J.</source> (<year>2011</year>) <volume>730</volume>:<fpage>119</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0004-637X/730/2/119</pub-id></citation></ref>
<ref id="B129">
<label>129.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Heymans</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Grocutt</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Heavens</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Kilbinger</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Kitching</surname> <given-names>TD</given-names></name> <name><surname>Simpson</surname> <given-names>F</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>CFHTLenS tomographic weak lensing cosmological parameter constraints: mitigating the impact of intrinsic galaxy alignments</article-title>. <source>Mon Not R Astron Soc.</source> (<year>2013</year>) <volume>432</volume>:<fpage>2433</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1093/mnras/stt601</pub-id></citation></ref>
<ref id="B130">
<label>130.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Benjamin</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Van Waerbeke</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Heymans</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Kilbinger</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Erben</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Hildebrandt</surname> <given-names>H</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>CFHTLenS tomographic weak lensing: quantifying accurate redshift distributions</article-title>. <source>Mon Not R Astron Soc.</source> (<year>2013</year>) <volume>431</volume>:<fpage>1547</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1093/mnras/stt276</pub-id></citation></ref>
<ref id="B131">
<label>131.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ade</surname> <given-names>PAR</given-names></name> <name><surname>Aghanim</surname> <given-names>N</given-names></name> <name><surname>Armitage-Caplan</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Arnaud</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Ashdown</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Atrio-Barandela</surname> <given-names>F</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Planck 2013 results</article-title>. XX. Cosmology from Sunyaev&#x02212;Zeldovich cluster counts. <source>Astron Astrophys.</source> (<year>2014</year>) <volume>571</volume>:<fpage>A20</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1051/0004-6361/201321521</pub-id></citation></ref>
<ref id="B132">
<label>132.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hamann</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Hasenkamp</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>A new life for sterile neutrinos: resolving inconsistencies using hot dark matter</article-title>. <source>J Cosmol Astrop Phys.</source> (<year>2013</year>) <volume>1310</volume>:<fpage>044</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1475-7516/2013/10/044</pub-id></citation></ref>
<ref id="B133">
<label>133.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wyman</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Rudd</surname> <given-names>DH</given-names></name> <name><surname>Vanderveld</surname> <given-names>RA</given-names></name> <name><surname>Hu</surname> <given-names>W</given-names></name></person-group>. <article-title>Neutrinos help reconcile planck measurements with the local universe</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>2014</year>) <volume>112</volume>:<fpage>051302</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.112.051302</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">24580585</pub-id></citation></ref>
<ref id="B134">
<label>134.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Battye</surname> <given-names>RA</given-names></name> <name><surname>Moss</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Evidence for massive neutrinos from cosmic microwave background and lensing observations</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>2014</year>) <volume>112</volume>:<fpage>051303</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.112.051303</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">24580586</pub-id></citation></ref>
<ref id="B135">
<label>135.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dvorkin</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Wyman</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Rudd</surname> <given-names>DH</given-names></name> <name><surname>Hu</surname> <given-names>W</given-names></name></person-group>. <article-title>Neutrinos help reconcile Planck measurements with both the early and local Universe</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2014</year>) <volume>90</volume>:<fpage>083503</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.90.083503</pub-id></citation></ref>
<ref id="B136">
<label>136.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Archidiacono</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Fornengo</surname> <given-names>N</given-names></name> <name><surname>Gariazzo</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Giunti</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Hannestad</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Laveder</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Light sterile neutrinos after BICEP-2</article-title>. <source>J Cosmol Astrop Phys.</source> (<year>2014</year>) <volume>1406</volume>:<fpage>031</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1475-7516/2014/06/031</pub-id></citation></ref>
<ref id="B137">
<label>137.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhang</surname> <given-names>JF</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>YH</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>X</given-names></name></person-group>. <article-title>Sterile neutrinos help reconcile the observational results of primordial gravitational waves from Planck and BICEP2</article-title>. <source>Phys Lett. B</source> (<year>2015</year>) <volume>740</volume>:<fpage>359</fpage>&#x02013;<lpage>63</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physletb.2014.12.012</pub-id></citation></ref>
<ref id="B138">
<label>138.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Battye</surname> <given-names>RA</given-names></name> <name><surname>Charnock</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Moss</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Tension between the power spectrum of density perturbations measured on large and small scales</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2015</year>) <volume>91</volume>:<fpage>103508</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.91.103508</pub-id></citation></ref>
<ref id="B139">
<label>139.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Feng</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>JF</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>X</given-names></name></person-group>. <article-title>A search for sterile neutrinos with the latest cosmological observations</article-title>. <source>Eur Phys J. C</source> (<year>2017</year>) <volume>77</volume>:<fpage>418</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjc/s10052-017-4986-3</pub-id></citation></ref>
<ref id="B140">
<label>140.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Steigman</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Neutrinos and big bang nucleosynthesis</article-title>. <source>Adv High Energy Phys.</source> (<year>2012</year>) <volume>2012</volume>:<fpage>268321</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2012/268321</pub-id></citation></ref>
<ref id="B141">
<label>141.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Anchordoqui</surname> <given-names>LA</given-names></name> <name><surname>Goldberg</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <article-title>Neutrino cosmology after WMAP 7-Year data and LHC first Z&#x00027; bounds</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>2012</year>) <volume>108</volume>:<fpage>081805</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.108.081805</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">22463521</pub-id></citation></ref>
<ref id="B142">
<label>142.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Steigman</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Dasgupta</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Beacom</surname> <given-names>JF</given-names></name></person-group>. <article-title>Precise relic WIMP abundance and its impact on searches for dark matter annihilation</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2012</year>) <volume>86</volume>:<fpage>023506</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.86.023506</pub-id></citation></ref>
<ref id="B143">
<label>143.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Anderhalden</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Diemand</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Bertone</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Maccio</surname> <given-names>AV</given-names></name> <name><surname>Schneider</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>The galactic halo in mixed dark matter cosmologies</article-title>. <source>J Cosmol Astrop Phys.</source> (<year>2012</year>) <volume>1210</volume>:<fpage>047</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1475-7516/2012/10/047</pub-id></citation></ref>
<ref id="B144">
<label>144.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Anchordoqui</surname> <given-names>LA</given-names></name> <name><surname>Goldberg</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Steigman</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Right-handed neutrinos as the dark radiation: status and forecasts for the LHC</article-title>. <source>Phys Lett. B</source> (<year>2013</year>) <volume>718</volume>:<fpage>1162</fpage>&#x02013;<lpage>5</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physletb.2012.12.019</pub-id></citation></ref>
<ref id="B145">
<label>145.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Anderhalden</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Schneider</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Maccio</surname> <given-names>AV</given-names></name> <name><surname>Diemand</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Bertone</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Hints on the nature of dark matter from the properties of milky way satellites</article-title>. <source>J Cosmol Astrop Phys.</source> (<year>2013</year>) <volume>1303</volume>:<fpage>014</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1475-7516/2013/03/014</pub-id></citation></ref>
<ref id="B146">
<label>146.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Weinberg</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Goldstone bosons as fractional cosmic neutrinos</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>2013</year>) <volume>110</volume>:<fpage>241301</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.110.241301</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">25165907</pub-id></citation></ref>
<ref id="B147">
<label>147.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Husdal</surname> <given-names>L</given-names></name></person-group>. <article-title>On effective degrees of freedom in the early universe</article-title>. <source>Galaxies</source> (<year>2016</year>) <volume>4</volume>:<fpage>78</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/galaxies4040078</pub-id></citation></ref>
<ref id="B148">
<label>148.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Patrignani</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Agashe</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Aielli</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Amsler</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Antonelli</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Asner</surname> <given-names>DM</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Review of particle physics</article-title>. <source>Chin Phys. C</source> (<year>2016</year>) <volume>40</volume>:<fpage>100001</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1674-1137/40/10/100001</pub-id></citation></ref>
<ref id="B149">
<label>149.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Djouadi</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>The anatomy of electro-weak symmetry breaking</article-title>. II. The Higgs bosons in the minimal supersymmetric model. <source>Phys Rept.</source> (<year>2008</year>) <volume>459</volume>:<fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>241</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physrep.2007.10.005</pub-id></citation></ref>
<ref id="B150">
<label>150.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cao</surname> <given-names>QH</given-names></name> <name><surname>Ma</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Rajasekaran</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Observing the dark scalar doublet and its impact on the standard-model higgs boson at colliders</article-title>. <source>Phys Rev. D</source> (<year>2007</year>) <volume>76</volume>:<fpage>095011</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.76.095011</pub-id></citation></ref>
</ref-list>
<fn-group>
<fn id="fn0001"><p><sup>1</sup>Semi-annihilation processes also exist in one-component DM systems when DM is a <italic>Z</italic><sub>3</sub> charged particle [<xref ref-type="bibr" rid="B89">89</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B90">90</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B91">91</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B92">92</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B93">93</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B94">94</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B95">95</xref>] or a vector boson [<xref ref-type="bibr" rid="B96">96</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B97">97</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B98">98</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B99">99</xref>].</p></fn>
<fn id="fn0002"><p><sup>2</sup>Two singlet scalar DM scenario in <inline-formula><mml:math id="M850"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> model has been explored in detail in Bhattacharya et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B65">65</xref>].</p></fn>
<fn id="fn0003"><p><sup>3</sup>There are also neutrinos having continuous energy spectrum from the decay of SM particles produced by the standard annihilation. The upper bounds for the production rates of the SM particles are given in Agrawal et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B121">121</xref>], Andreas et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B122">122</xref>], and Aartsen et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B123">123</xref>].</p></fn>
<fn id="fn0004"><p><sup>4</sup>Within a similar framework of radiative seesaw mechanism, the lightest right-handed neutrino has been regarded as stable warm dark matter in Aristizabal Sierra et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B62">62</xref>]. In the models proposed in Kajiyama et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B37">37</xref>] and Baek et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B38">38</xref>], the topology of the two loop to generate the neutrino mass is basically the same as that of Figure <xref ref-type="fig" rid="F10">10</xref>. But the matter content of our model is much simpler; we have only two additional extra fields compared with the one-loop model of Ma [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>], while in these papers five and four additional ones have to be introduced. Apart from this difference, they have not considered the lightest right-handed neutrino as dark radiation. In Baek et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B38">38</xref>], however, the Nambu-Goldstone boson associated with the spontaneous breaking of U(1)<sub>B&#x02212;L</sub> is regarded as dark radiation.</p></fn>
<fn id="fn0005"><p><sup>5</sup>We use the relation between <italic>T</italic> and <italic>g</italic><sub>&#x0002A;<italic>s</italic></sub> given in Husdal [<xref ref-type="bibr" rid="B147">147</xref>] to solve Equation (53) for <inline-formula><mml:math id="M1890"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>dec</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>.</p></fn>
<fn id="fn0006"><p><sup>6</sup>Both together can not be DM, because the heavier one decays into <inline-formula><mml:math id="M259"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">lighter one</mml:mtext></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>.</p></fn>
</fn-group>
</back>
</article>
