<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!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="brief-report" dtd-version="2.3" xml:lang="EN">
<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="publisher-id">1339886</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2024.1339886</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Physics</subject>
<subj-group>
<subject>Brief Research Report</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>A fermionic portal to a non-abelian dark sector</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Belyaev et al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.3389/fphy.2024.1339886">10.3389/fphy.2024.1339886</ext-link>
</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Belyaev</surname>
<given-names>Alexander</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/574283/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Deandrea</surname>
<given-names>Aldo</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff3">
<sup>3</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff4">
<sup>4</sup>
</xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Moretti</surname>
<given-names>Stefano</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff5">
<sup>5</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/73151/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Panizzi</surname>
<given-names>Luca</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff5">
<sup>5</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2654890/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Ross</surname>
<given-names>Douglas A.</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Thongyoi</surname>
<given-names>Nakorn</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2612848/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<sup>1</sup>
<institution>School of Physics and Astronomy</institution>, <institution>University of Southampton</institution>, <addr-line>Southampton</addr-line>, <country>United Kingdom</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<sup>2</sup>
<institution>Particle Physics Department</institution>, <institution>Rutherford Appleton Laboratory</institution>, <addr-line>Didcot</addr-line>, <country>United Kingdom</country>
</aff>
<aff id="aff3">
<sup>3</sup>
<institution>Universit&#xe9; de Lyon</institution>, <institution>Universit&#xe9; Claude Bernard Lyon 1</institution>, <addr-line>Villeurbanne</addr-line>, <country>France</country>
</aff>
<aff id="aff4">
<sup>4</sup>
<institution>Department of Physics</institution>, <institution>University of Johannesburg</institution>, <addr-line>Johannesburg</addr-line>, <country>South Africa</country>
</aff>
<aff id="aff5">
<sup>5</sup>
<institution>Department of Physics and Astronomy</institution>, <institution>Uppsala University</institution>, <addr-line>Uppsala</addr-line>, <country>Sweden</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/521391/overview">Roman Pasechnik</ext-link>, Lund University, Sweden</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1914250/overview">Urjit Yajnik</ext-link>, Indian Institute of Technology Bombay, India</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1859715/overview">Giorgio Arcadi</ext-link>, University of Messina, Italy</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Stefano Moretti, <email>s.moretti@soton.ac.uk</email>
</corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>13</day>
<month>05</month>
<year>2024</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2024</year>
</pub-date>
<volume>12</volume>
<elocation-id>1339886</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>17</day>
<month>11</month>
<year>2023</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>25</day>
<month>03</month>
<year>2024</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2024 Belyaev, Deandrea, Moretti, Panizzi, Ross and Thongyoi.</copyright-statement>
<copyright-year>2024</copyright-year>
<copyright-holder>Belyaev, Deandrea, Moretti, Panizzi, Ross and Thongyoi</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) and the copyright owner(s) 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 introduce a new class of renormalizable models for dark matter with a minimal particle content, consisting of a dark <italic>SU</italic>(2)<sub>D</sub> gauge sector connected to the standard model through a vector-like fermion mediator, not requiring a Higgs portal, in which a massive vector boson is the dark matter candidate. These models are labeled fermion portal vector dark matter (FPVDM). Multiple realizations are possible, depending on the properties of the vector-like partner and scalar potential. One example is discussed in detail. Fermion portal vector dark matter models have a large number of applications in collider and non-collider experiments, with their phenomenology depending on the mediator sector.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>dark matter</kwd>
<kwd>large Hadron collider</kwd>
<kwd>vector-like fermions</kwd>
<kwd>dark gauge group</kwd>
<kwd>relic density</kwd>
<kwd>direct dark matter detection</kwd>
</kwd-group>
<custom-meta-wrap>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>High-Energy and Astroparticle Physics</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-wrap>
</article-meta>
</front>
<body>
<p>The nature of DM, whose existence has been established beyond any reasonable doubt by several independent cosmological observations, is one of the greatest puzzles of contemporary particle physics. Models with a vector DM, especially in the non-abelian case, are the least explored but well-motivated, as the gauge principle offers guidance and constraints limiting the possible theoretical constructions (see, e.g., [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>], for a discussion of non-abelian DM in different setups, in particular using non-renormalizable kinetic mixing terms or Higgs portal scenarios). In this article, we develop a new minimal framework that extends the gauge sector of the standard model (SM) by a new non-abelian gauge group for which no renormalizable kinetic mixing terms are allowed<xref ref-type="fn" rid="fn1">
<sup>1</sup>
</xref> and under which all SM particles are singlets. The full model structure, Lagrangian, and particle content are presented in the following sections, along with the main results and immediate prospects for experimental testing, while more technical details can be found in [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>].</p>
<p>The simplest non-abelian group is <italic>SU</italic>(2), which in the following will be labeled <italic>SU</italic>(2)<sub>D</sub> as it connects the SM to the dark sector. The gauge bosons associated with <italic>SU</italic>(2)<sub>D</sub> are labeled as <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:mfenced close=")" open="(">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#x002B;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace class="nbsp" width="0.3333em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace class="nbsp" width="0.3333em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>, where, here and in the following, the electric charge is specified in the field superscripts, while the isospin under <italic>SU</italic>(2)<sub>D</sub> (D-isospin) is specified in the field subscripts. The covariant derivative associated with <italic>SU</italic>(2)<sub>D</sub> is<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m2">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced close=")" open="(">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x002B;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mtext>D</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where <italic>g</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> is the <italic>SU</italic>(2)<sub>D</sub> coupling constant and <italic>T</italic>
<sub>3D</sub> is the D-isospin.</p>
<p>The fields responsible for breaking the gauge symmetries are two scalar doublets:<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m3">
<mml:mtable class="array">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced close=")" open="(">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x002B;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x21dd;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo stretchy="false">&#x2329;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced close=")" open="(">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced close=")" open="(">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#x002B;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x21dd;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo stretchy="false">&#x2329;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced close=")" open="(">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>where the first is breaking <italic>SU</italic>(2)<sub>
<italic>L</italic>
</sub> &#xd7; <italic>U</italic>(1)<sub>
<italic>Y</italic>
</sub>, while the second is breaking <italic>SU</italic>(2)<sub>D</sub> via their respective vacuum expectation values (VEVs) <italic>v</italic> and <italic>v</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub>.</p>
<p>The scalar potential for &#x3a6;<sub>
<italic>H</italic>
</sub> and &#x3a6;<sub>
<italic>D</italic>
</sub> reads<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m4">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mfenced close=")" open="(">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x002B;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced close=")" open="(">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x002B;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced close=")" open="(">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x002B;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>which was introduced in [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>] and ensures that the gauge bosons of <italic>SU</italic>(2)<sub>D</sub> are degenerate and stable because of the custodial symmetry of the scalar Lagrangian. Although the operator <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m5">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> is not protected by any symmetry and cannot thus be removed from the potential, coupling <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m6">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> can have any value. If it is small enough, the dark sector would be effectively decoupled from the SM and only observable through gravitational effects. Moreover, the Higgs portal induces scalar mixing, which modifies Higgs&#x2013;SM couplings and generates Higgs&#x2013;DM interactions, all of which are strongly constrained [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>]. Here, we suggest a different mechanism of communication between the dark and visible sectors via a fermion doublet &#x3a8; &#x003D; (<italic>&#x3c8;</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> <italic>&#x3c8;</italic>), vector-like (VL) under <italic>SU</italic>(2)<sub>D</sub>, and both elements of which are singlets under <italic>SU</italic>(2)<sub>
<italic>L</italic>
</sub>, sharing the same hypercharge as one of the SM right-handed fermions<xref ref-type="fn" rid="fn2">
<sup>2</sup>
</xref>. The mass and Yukawa interaction terms of &#x3a8; read<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m7">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x002B;</mml:mo>
<mml:mfenced close=")" open="(">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SM</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x002B;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m8">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SM</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> generically denotes an SM right-handed singlet and <italic>y</italic>&#x2032; is a new Yukawa coupling connecting the SM fermion with <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m9">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> through the &#x3a6;<sub>
<italic>D</italic>
</sub> doublet. At this point, it would be possible to write an additional Yukawa term <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m10">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SM</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, which would violate the stability of DM due to the simultaneous mixing of <italic>&#x3c8;</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> and <italic>&#x3c8;</italic> with SM fermions and would induce a direct coupling <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m11">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SM</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SM</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. The appearance of such <italic>y</italic>&#x2032;&#x2032; term and the respective stability of DM can be avoided by imposing an unbroken continuous global symmetry <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m12">
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<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:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x39b;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, unrelated to local <italic>SU</italic>(2)<sub>
<italic>D</italic>
</sub>.</p>
<p>Without this symmetry, such a term would be compulsory since the scalar doublet, &#x3a6;<sub>
<italic>D</italic>
</sub>, is in the pseudo-real representation. The symmetry-breaking pattern is <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m13">
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<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:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<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:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>. With <italic>U</italic>(1)<sub>
<italic>D</italic>
</sub> phase assignments <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m14">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> for dark doublets and <italic>Y</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> &#x003D; 0 for triplets, there is still an invariance under the subgroup <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m15">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m16">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x002B;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>. The new particles are summarized in <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>.</p>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>Quantum numbers of the new particles under the electro-weak (EW) and <italic>SU</italic>(2)<sub>D</sub> gauge groups.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">
</th>
<th align="center">
<italic>SU</italic>(2)<sub>
<italic>L</italic>
</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>U</italic>(1)<sub>
<italic>Y</italic>
</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>SU</italic>(2)<sub>D</sub>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m17">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="center">
<inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m18">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:mfenced close=")" open="(">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#x002B;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">
<bold>1</bold>
</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">
<bold>2</bold>
</td>
<td align="center">
<inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m19">
<mml:mtable class="array">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x002B;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="center" rowspan="2">
<inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m20">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:mfenced close=")" open="(">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center" rowspan="2">
<bold>1</bold>
</td>
<td align="center" rowspan="2">
<italic>Q</italic>
</td>
<td align="center" rowspan="2">
<bold>2</bold>
</td>
<td align="center">&#x2212;</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">&#x002B;</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">
<inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m21">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:mfenced close=")" open="(">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#x002B;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">
<bold>1</bold>
</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">
<bold>3</bold>
</td>
<td align="center">
<inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m22">
<mml:mtable class="array">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x002B;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<table-wrap-foot>
<fn>
<p>The bold numbers correspond to the representation of the multiplets under SU2.</p>
</fn>
</table-wrap-foot>
</table-wrap>
<p>The lightest <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m23">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>-odd particle is stable and could be either <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m24">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> or <italic>&#x3c8;</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub>, with very different consequences from a cosmological point of view [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>]. We consider the case where the lightest <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m25">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>-odd particle is <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m26">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, which we label fermion portal vector dark matter (FPVDM). The theory contains six massive gauge bosons (<italic>Z</italic>, <italic>W</italic>
<sup>&#xb1;</sup>, <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m27">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>,</inline-formula> and <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m28">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>), and therefore, six Goldstone bosons correspond to their longitudinal components. The remaining two degrees of freedom correspond to physical scalars, which include the SM Higgs boson and another CP-even scalar. By denoting the neutral scalars in terms of their components in the unitary gauge as <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m29">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>&#x002B;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m30">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x002B;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the mass terms of the scalar Lagrangian reads<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m31">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:mfenced close=")" open="(">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced close=")" open="(">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced close=")" open="(">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>Upon diagonalization, the mass eigenvalues read<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m32">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x002B;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2213;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced close=")" open="(">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x002B;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>with the mixing angle <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m33">
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</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:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</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:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>In the fermion sector, the component with <italic>T</italic>
<sub>3D</sub> &#x003D; &#x002B;1/2 gets only a VL mass; therefore, <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m34">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>.</inline-formula> However, the other fermion masses are generated after both scalars acquire a VEV. The fermionic mass Lagrangian reads<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m35">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:mfenced close=")" open="(">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SM</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced close=")" open="(">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced close=")" open="(">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SM</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>The mass eigenvalues are<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m36">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced close="]" open="[">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2213;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</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:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m37">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x002B;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x002B;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, <italic>f</italic> identifies the SM fermion, and <italic>F</italic> identifies its heavier partner. The mass hierarchy is <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m38">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x003c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The Yukawa couplings and mixings can be expressed in terms of the masses of the physical fermions. The new fermion sector is completely decoupled in the limit <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m39">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, for which <italic>y</italic> &#x003D; <italic>y</italic>
<sub>SM</sub> and <italic>y</italic>&#x2032; &#x003D; 0. When the full flavor structure of the SM is taken into consideration, different possibilities can be considered. A VL fermion can interact with one or more SM flavors, and there can be multiple VL fermions. The Cabibbo&#x2013;Kobayashi&#x2013;Maskawa (CKM) matrix of the SM might also receive contributions from new physics induced by the mixing of SM and VL quarks.</p>
<p>The masses of the SM gauge bosons are not altered by the presence of &#x3a6;<sub>
<italic>D</italic>
</sub>. The gauge bosons of <italic>SU</italic>(2)<sub>D</sub> are all degenerate in mass at the tree level: <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m40">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>. This degeneracy is broken by kinetic mixing in the broken EW and dark gauge symmetry phases and by the different fermionic loop corrections associated with the opposite <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m41">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> parities of the <italic>SU</italic>(2)<sub>D</sub> gauge bosons. Such different contributions might also affect loop corrections to <italic>Z</italic> and <italic>W</italic> masses, addressing the CDF anomaly [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>]. In the following, to simplify notation, we will label <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m42">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, with mass <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m43">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m44">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, with mass <italic>m</italic>
<sub>
<italic>V</italic>&#x2032;</sub>. The leading contribution to the radiative mass split of <italic>V</italic>&#x2032; and <italic>V</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> bosons, <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m45">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, is determined by <italic>F</italic> and <italic>&#x3c8;</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> loops and reads<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m46">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>32</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x002B;</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mfenced close=")" open="(">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;&#x2009;where&#x2009;&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In the following, we assume that new VL fermions interact only with one flavor of the SM. Six independent input parameters are thus necessary to describe the new physics sector of the model, namely, <italic>g</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub>, <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m47">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, <italic>m</italic>
<sub>
<italic>H</italic>
</sub>, sin&#x2009;<italic>&#x3b8;</italic>
<sub>
<italic>S</italic>
</sub>, <italic>m</italic>
<sub>
<italic>F</italic>
</sub>, and <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m48">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Let us now discuss a specific realization of the model, assuming only one VL partner interacting exclusively with the SM top quark and no mixing between <italic>h</italic> and <italic>H</italic>, i.e., <italic>&#x3b8;</italic>
<sub>
<italic>S</italic>
</sub> &#x003D; 0. This choice significantly simplifies the Lagrangian: the Higgs sector of the SM is not affected by the new physics at the tree level, and the potential of &#x3a6;<sub>
<italic>D</italic>
</sub> has the very same structure as the Higgs potential. A mixing between <italic>h</italic> and <italic>H</italic> is induced only by fermionic loops and will be neglected in the following. Therefore, in this case, the model is described by the following five parameters: <italic>g</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub>, <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m49">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, <italic>m</italic>
<sub>
<italic>H</italic>
</sub>, <italic>m</italic>
<sub>
<italic>F</italic>
</sub> &#x003D; <italic>m</italic>
<sub>
<italic>T</italic>
</sub>, and <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m50">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The hierarchy between the masses in the fermion sector is <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m51">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x003c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, while <italic>H</italic> can have any mass allowed by experimental bounds, even being lighter than the SM Higgs boson.</p>
<p>In our study, we tested this realization of the model against multiple observables from cosmology, DM direct, and indirect detection (DD and ID) experiments and LHC searches. For this purpose, the Lagrangian has been implemented in <sc>L</sc>an<sc>HEP</sc> [<xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>] and <sc>F</sc>eyn<sc>R</sc>ules <xref ref-type="bibr" rid="B34">[34],</xref> while model files have been generated in <sc>C</sc>alc<sc>HEP</sc> [<xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>], <sc>UFO</sc> <xref ref-type="bibr" rid="B36">[36],</xref> as well as FeynArts [<xref ref-type="bibr" rid="B37">37</xref>] formats and are available on the <sc>HEPMDB</sc> [<xref ref-type="bibr" rid="B38">38</xref>]. This implementation has been used in micr<sc>OMEGAs v5.2.7</sc> [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>] for the evaluation of various DM observables and for extracting the respective limits. The model implementation in <sc>UFO</sc> format has been used in <sc>MG5_aMC</sc> [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>] for the determination of the LHC constraints. Collider simulations have been performed at LO using the NNPDF3.0 LO set [<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>] through the <sc>LHAPDF6</sc> library [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>] (LHA index 262400). A simplified version of the model has been implemented to calculate cross-sections at one loop in <sc>MG5_aMC</sc> and <sc>FormCalc9.8</sc> [<xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>].</p>
<p>The amount of relic density is determined by the interplay of annihilation and co-annihilation processes, a subset of which is shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1A</xref>. ID constraints are associated with DM annihilation rates at CMB time, excluding regions of parameter space where the injection into SM-plasma in the early universe is too large to be consistent with CMB data. Both the relic density and ID processes are tested against PLANCK data [<xref ref-type="bibr" rid="B44">44</xref>]. DD processes arise from diagrams such as those shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1B</xref> and are tested against limits from XENON 1T [<xref ref-type="bibr" rid="B45">45</xref>].</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Representative diagrams for <bold>(A)</bold> <italic>t</italic>-channel and resonant contributions to DM annihilation and DM-mediator co-annihilation processes; <bold>(B)</bold> DD processes; <bold>(C)</bold> production processes at the LHC: <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m52">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> &#x002B; <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m53">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>miss</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, <italic>hV</italic>&#x2032;, and <italic>V</italic>&#x2032;<italic>V</italic>&#x2032;.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-12-1339886-g001.tif"/>
</fig>
<p>The LHC bound has been obtained via testing of <italic>t</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> pair production with subsequent decay into <italic>V</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> and top quarks against CMS searches for top squark pair production decaying into DM [<xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>]. The relevant limit from <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m54">
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of even partners of the SM top quark from the respective ATLAS and CMS searches is approximately 1.5&#xa0;TeV for <italic>m</italic>
<sub>
<italic>T</italic>
</sub> [<xref ref-type="bibr" rid="B47">47</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>]. Single <italic>T</italic> production is less constrained, as it is driven by the small <italic>T</italic> &#x2212; <italic>t</italic> mixing.</p>
<p>We also estimated the relevance of <italic>V</italic>&#x2032; pair production and associate production of <italic>V</italic>&#x2032; with the Higgs boson, occurring at LO via fermion loops. Representative topologies for the tested processes are shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1C</xref>.</p>
<p>The complementarity of cosmological and collider constraints has been studied by performing a comprehensive scan over the parameter space (excluding the fixed parameter sin&#x2009;<italic>&#x3b8;</italic>
<sub>
<italic>S</italic>
</sub> &#x003D; 0) projected onto the <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m55">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> plane, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>. The allowed parameter space is indicated by the green, cyan, and blue regions, presenting generic DM annihilation, dominated by the t-channel diagram of <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1A</xref>, resonance (<italic>H</italic>) and DM-<italic>t</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> co-annihilation regions, respectively, which satisfy the relic density constraint from PLANCK within 5%. The allowed regions of the parameter space are superimposed on top of the forbidden ones to provide their best visualization in this projection of the five-dimensional scan into the two-dimensional plane.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Excluded and allowed region of the parameter space of the model from the full five-dimensional scan (sin&#x2009;<italic>&#x3b8;</italic>
<sub>
<italic>S</italic>
</sub> &#x003D; 0) of the parameter space projected into a <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m56">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> plane. White areas represent non-perturbative regions.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-12-1339886-g002.tif"/>
</fig>
<p>The generic DM annihilation determines a lower limit on <italic>g</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> as a function of <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m57">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>. At the same time, the <italic>H</italic>-resonant region allows for the reduction of <italic>g</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> values by up to two orders of magnitude, while the strong DM-<italic>t</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> co-annihilation channel allows for even lower values of <italic>g</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> for not-so-heavy DM. For <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m58">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> above 2&#xa0;TeV, however, the co-annihilation mechanism saturates, while <italic>H</italic>-resonant annihilation requires larger <italic>g</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> coupling for higher DM mass to provide the right amount of relic density. Therefore, the region with <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m59">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2273;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> TeV has an over-abundant relic density, as indicated by the dark red color, except the space with large values of <italic>g</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> couplings, corresponding to the bulk <italic>V</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub>
<italic>V</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> &#x2192; <italic>V</italic>&#x2032;<italic>V</italic>&#x2032; annihilation and <italic>H</italic>-resonant annihilation presented in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref> by green and light-blue colors, respectively. Notice also that the regions with <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m60">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2272;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> TeV values are partly excluded by DD and/or ID experiments, as indicated by magenta and orange points, respectively. The region of DM masses that can be tested and excluded by the LHC is <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m61">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2272;</mml:mo>
<mml:mn>400</mml:mn>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">V</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, represented by the violet region.</p>
<p>To assess the relative role of the different constraints, we identify representative benchmarks characterized by different gauge couplings, <italic>g</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> &#x003D; 0.05 and <italic>g</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> &#x003D; 0.5, and fixed values for the masses, <italic>m</italic>
<sub>
<italic>T</italic>
</sub> &#x003D; 1,600&#xa0;GeV and <italic>m</italic>
<sub>
<italic>H</italic>
</sub> &#x003D; 1,000&#xa0;GeV. For these points, gauge coupling is small enough to allow a perturbative treatment in a region of parameter space, which can be tested by both collider and cosmological observables.</p>
<p>We show in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref> the exclusion regions in the <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m62">
<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>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m63">
<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>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> planes to highlight the low <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m64">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> or low <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m65">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> regions, respectively. The masses of the DM candidate <italic>V</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> and mediator <italic>t</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> are left as free parameters.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Combination of constraints from LHC, relic density, DD, and ID for the benchmark points in the <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m66">
<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>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (left and right panels) and <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m67">
<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>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (center panel) planes. The colored regions are excluded. For relic density, the under-abundant region is considered allowed and the borders of the excluded region correspond to the measured relic density value. The non-perturbative region corresponds to one-loop corrections to gauge boson masses larger than 50%. An estimate of the region of large kinetic mixing is shown as a hatched area. Contours corresponding to different <italic>t</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> lifetimes are shown for the small mass splitting region. Cross-sections for collider processes that are at one-loop at LO are shown as orange and blue contours.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-12-1339886-g003.tif"/>
</fig>
<p>The predicted relic density is consistent with PLANCK results only in specific regions: for <italic>g</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> &#x003D; 0.05 (left and central panels of <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>), most of the parameter space predicts an over-abundant relic density, except for an area where the mass difference between <italic>t</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> and DM is less than <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m68">
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mi>%</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> of the mediator mass (where <italic>t</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub>-<italic>t</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> and DM-<italic>t</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> co-annihilation processes dominate), a small area around <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m69">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x003D;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> (DM annihilation via resonant <italic>H</italic>), and <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m70">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2272;</mml:mo>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">V</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>. For larger values of <italic>g</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> (right panel of <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>), annihilation processes become more effective, reducing the size of the excluded area in the lower <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m71">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> region and eventually extending the under-abundant relic density region. The enhancement of the <italic>V</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub>
<italic>V</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> &#x2192; <italic>V</italic>&#x2032;<italic>V</italic>&#x2032; process, due to &#x394;<italic>m</italic>
<sub>
<italic>V</italic>
</sub> &#x003e; 0, affects the relic density and ID signals. The complementarity of various constraints is especially evident for small values of <italic>g</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> in the low <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m72">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> region. The region excluded by ID corresponds to small values of <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m73">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> for <italic>g</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> &#x003D; 0.05, largely overlapping with the region excluded by relic density, and rapidly vanishes as <italic>g</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> increases. The large region excluded by DD is mainly determined by processes (see <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1B</xref>) with sizable kinetic mixing or DM multipole moment contributions, taking place in the regions with low <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m74">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> values (i.e., below few hundreds GeV).</p>
<p>The LHC bound is almost independent of the mass of <italic>t</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> until its mass difference with the DM reaches the top-quark threshold: in that region, <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m75">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>miss</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> decreases and the sensitivity of the CMS search reduces, allowing a small mass-gap region. As the process is QCD-initiated, the bound is also almost independent of other parameters of the model. Processes of <italic>V</italic>&#x2032; pair production and associated production of <italic>V</italic>&#x2032; with the Higgs boson would only be potentially testable in a region already excluded by DD constraints (see orange and blue contours in the right panel of <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>). The model has an important feature, especially for small values of <italic>g</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> in the small DM-<italic>t</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> mass-gap region where the correct relic density is reproduced. In this region, <italic>t</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> is long-lived (its lifetime in the small mass-gap region is shown in the central panel, <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3<sup>3</sup>
</xref>) and can be probed by dedicated searches at the LHC or future colliders. Different <italic>T</italic> or <italic>H</italic> masses would not modify this qualitative picture.</p>
<p>The FPVDM scenario introduced in this paper connects a vectorial DM candidate from a non-abelian <italic>SU</italic>(2)<sub>D</sub> gauge group to the fermionic sector of the SM without the necessity of a Higgs portal at the tree level, and the mechanism is realized in the most economical way, with a minimal set of new parameters and new particles. Even the simplest realization of FPVDM, involving interactions of the dark sector with only one SM fermion, has great potential to explain DM phenomena and has several important implications for collider and non-collider DM searches. Minimal FPVDM realizations involving other SM fermions can be used to explain outstandingly observed anomalies. For example, if the VL fermion interacts with the leptonic sector of the SM, new contributions might explain (<italic>g</italic> &#x2212; 2)<sub>
<italic>&#x3bc;</italic>
</sub> [<xref ref-type="bibr" rid="B49">49</xref>] and, at the same time, provide novel physics cases for future <italic>e</italic>
<sup>&#x002B;</sup>
<italic>e</italic>
<sup>&#x2212;</sup> colliders [<xref ref-type="bibr" rid="B50">50</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B53">53</xref>]. Non-minimal realizations, including mixing in the scalar sector, further VL partners, or additional interactions of the same VL representation, would open up a vast range of possibilities for future studies, both phenomenological and experimental, and would allow one to explore the complementarity between collider and non-collider observables in multiple scenarios.</p>
</body>
<back>
<sec id="s1" sec-type="data-availability">
<title>Data availability statement</title>
<p>The raw data supporting the conclusions of this article will be made available by the authors, without undue reservation.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>Author contributions</title>
<p>AB: writing&#x2013;original draft and investigation. LP: writing&#x2013;original draft and investigation. AD: writing&#x2013;original draft and investigation. SM: writing&#x2013;original draft and investigation. DR: writing&#x2013;original draft and investigation. NT: investigation and writing&#x2013;original draft.</p>
</sec>
<sec id="s3" sec-type="funding-information">
<title>Funding</title>
<p>The author(s) declare that financial support was received for the research, authorship, and/or publication of this article. AB and SM acknowledge support from the STFC Consolidated Grant ST/L000296/1 and are partially financed through the NExT Institute. AB also acknowledges support from Soton-FAPESP and Leverhulme Trust RPG-2022-057 grants. LP&#x2019;s work is supported by the Knut and Alice Wallenberg Foundation under the SHIFT project (grant KAW 2017.0100). AD is grateful to the LABEX Lyon Institute of Origins (ANR-10-LABX-0066) for its financial support within the program &#x201c;Investissements d&#x2019;Avenir&#x201d;. AD acknowledges partial support from the National Research Foundation in South Africa. NT is supported by the scholarship from the Development and Promotion of Science and Technology Talents Project (DPST).</p>
</sec>
<ack>
<p>All authors acknowledge the use of the IRIDIS High-Performance Computing Facility and associated support services at the University of Southampton in completing this work.</p>
</ack>
<sec id="s4" sec-type="COI-statement">
<title>Conflict of interest</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 id="s5" sec-type="disclaimer">
<title>Publisher&#x2019;s note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors, and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<fn-group>
<fn id="fn1">
<label>1</label>
<p>Contributions to gauge kinetic mixing may arise at the loop level, depending on the structure of the Higgs sector, but they correspond to suppressed higher operator terms.</p>
</fn>
<fn id="fn2">
<label>2</label>
<p>VL portals have also been explored in [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>], but for scalar DM candidates, and in [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>] for vector dark matter, but with either the simplifying assumptions of setting the new Yukawa coupling to zero [<xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>] or with a much larger, hence non-minimal, particle content [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>].</p>
</fn>
<fn id="fn3">
<label>3</label>
<p>
<italic>t</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> decay can only occur through the <italic>t</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub> &#x2192; <italic>V</italic>
<sub>
<italic>D</italic>
</sub>
<italic>t</italic>
<sup>(</sup>&#x2a;<sup>)</sup> process, as it is <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m76">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>-odd. The decays of <italic>V</italic>&#x2032; and <italic>H</italic> can be into different final states if kinematically allowed: <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m77">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m78">
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</fn>
</fn-group>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="book">(<year>2012</year>). <source>A Multi-TeV Linear Collider Based on CLIC Technology: CLIC Conceptual Design Report</source>, <comment>SLAC-R-985</comment>, <publisher-name>SLAC National Accelerator Lab</publisher-name>, <publisher-loc>Menlo Park, CA, United States</publisher-loc>, <pub-id pub-id-type="doi">10.5170/CERN-2012-007</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Aaltonen</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>High-precision measurement of the W boson mass with the CDF II detector</article-title>. <source>Science</source> (<year>2022</year>) <volume>376</volume>:<fpage>170</fpage>&#x2013;<lpage>176</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1126/science.abk1781</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Abada</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>FCC-ee: the lepton collider: future circular collider conceptual design report volume 2</article-title>. <source>Eur. Phys. J. ST</source> (<year>2019</year>) <volume>228</volume>:<fpage>261</fpage>&#x2013;<lpage>623</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjst/e2019-900045-4</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Abe</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fujiwara</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hisano</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Matsushita</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>A model of electroweakly interacting non-abelian vector dark matter</article-title>. <source>JHEP</source> (<year>2020</year>) <volume>07</volume>:<fpage>136</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP07(2020)136</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Abi</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Measurement of the positive muon anomalous magnetic moment to 0.46 ppm</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> (<year>2021</year>) <volume>126</volume>:<fpage>141801</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.126.141801</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Aghanim</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Planck 2018 results. VI. cosmological parameters</article-title>. <source>Astron. Astrophys.</source> (<year>2020</year>) <volume>641</volume>:<fpage>A6</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1051/0004-6361/201833910</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Alloul</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Christensen</surname>
<given-names>N. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Degrande</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Duhr</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fuks</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>FeynRules 2.0 - A complete toolbox for tree-level phenomenology</article-title>. <source>Comput. Phys. Commun.</source> (<year>2014</year>) <volume>185</volume>:<fpage>2250</fpage>&#x2013;<lpage>2300</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cpc.2014.04.012</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Alwall</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Frederix</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Frixione</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hirschi</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Maltoni</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mattelaer</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>The automated computation of tree-level and next-to-leading order differential cross sections, and their matching to parton shower simulations</article-title>. <source>JHEP</source> (<year>2014</year>) <volume>07</volume>:<fpage>079</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP07(2014)079</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>An</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Precision higgs physics at the CEPC</article-title>. <source>Chin. Phys. C</source> (<year>2019</year>) <volume>43</volume>:<fpage>043002</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1674-1137/43/4/043002</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Aprile</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Dark matter search results from a one ton-year exposure of XENON1T</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> (<year>2018</year>) <volume>121</volume>:<fpage>111302</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.121.111302</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Arcadi</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Djouadi</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kado</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>The Higgs-portal for vector dark matter and the effective field theory approach: A reappraisal</article-title>. <source>Phys. Lett. B</source> (<year>2020</year>) <volume>805</volume>:<fpage>135427</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physletb.2020.135427</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="web">
<collab>ATLAS Collaboration</collab>. <article-title>Search for pair-production of vector-like quarks in pp collision events at $\sqrt{s}&#x003D;13$&#x2dc;TeV with at least one leptonically-decaying Z&#x2dc;boson and a third-generation quark with the ATLAS detector</article-title> (<year>2021</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://arxiv.org/abs/2210.15413">https://arxiv.org/abs/2210.15413</ext-link>.</citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Babu</surname>
<given-names>K. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jana</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Thapa</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Vector boson dark matter from trinification</article-title>. <source>JHEP</source> (<year>2022</year>) <volume>02</volume>:<fpage>051</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP02(2022)051</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Baek</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ko</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Park</surname>
<given-names>W.-I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Senaha</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Higgs portal vector dark matter : revisited</article-title>. <source>JHEP</source> (<year>2013</year>) <volume>05</volume>:<fpage>036</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP05(2013)036</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Baek</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ko</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Heavy quark-philic scalar dark matter with a vector-like fermion portal</article-title>. <source>JCAP</source> (<year>2018</year>) <volume>07</volume>:<fpage>008</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1475-7516/2018/07/008</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="web">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Baer</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>The international linear collider technical design report - volume 2: physics</article-title> (<year>2013</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://arxiv.org/abs/1306.6352">https://arxiv.org/abs/1306.6352</ext-link>.</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ball</surname>
<given-names>R. D.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Parton distributions for the LHC Run II</article-title>. <source>JHEP 04</source> (<year>2015</year>) <fpage>040</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP04(2015)040</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Baouche</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ahriche</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Faisel</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nasri</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Phenomenology of the hidden SU(2) vector dark matter model</article-title>. <source>Phys. Rev. D</source> (<year>2021</year>) <volume>104</volume>:<fpage>075022</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.104.075022</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Barman</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bhattacharya</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Patra</surname>
<given-names>S. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chakrabortty</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Non-abelian vector boson dark matter, its unified route and signatures at the LHC</article-title>. <source>JCAP</source> (<year>2017</year>) <volume>12</volume>:<fpage>021</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1475-7516/2017/12/021</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Barman</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bhattacharya</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zakeri</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Multipartite dark matter in SU(2)<sub>N</sub> extension of Standard Model and signatures at the LHC</article-title>. <source>JCAP</source> (<year>2018</year>) <volume>09</volume>:<fpage>023</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1475-7516/2018/09/023</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Barman</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bhattacharya</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zakeri</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Non-abelian vector boson as fimp dark matter</article-title>. <source>JCAP</source> (<year>2020</year>) <volume>02</volume>:<fpage>029</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1475-7516/2020/02/029</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Belanger</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mjallal</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pukhov</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Recasting direct detection limits within micrOMEGAs and implication for non-standard Dark Matter scenarios</article-title>. <source>Eur. Phys. J. C</source> (<year>2021</year>) <volume>81</volume>:<fpage>239</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjc/s10052-021-09012-z</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Belyaev</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Christensen</surname>
<given-names>N. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pukhov</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>CalcHEP 3.4 for collider physics within and beyond the Standard Model</article-title>. <source>Comput. Phys. Commun.</source> (<year>2013</year>) <volume>184</volume>:<fpage>1729</fpage>&#x2013;<lpage>1769</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cpc.2013.01.014</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Belyaev</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Deandrea</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Moretti</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Panizzi</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Thongyoi</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>A fermionic portal to vector dark matter from a new gauge sector</article-title>. <source>Phys. Rev. D</source> (<year>2022</year>) <volume>108</volume>.</citation>
</ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bhattacharya</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Diaz-Cruz</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ma</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wegman</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Dark vector-gauge-boson model</article-title>. <source>Phys. Rev. D</source> (<year>2012</year>) <volume>85</volume>:<fpage>055008</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.85.055008</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="web">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bondarenko</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Belyaev</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Blandford</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Basso</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Boos</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bunichev</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>High Energy Physics Model Database: Towards decoding of the underlying theory (within Les Houches 2011: Physics at TeV Colliders New Physics Working Group Report)</article-title> (<year>2012</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://hepmdb.soton.ac.uk/index.php?mod=user&#x26;act=reference">https://hepmdb.soton.ac.uk/index.php?mod&#x003D;user&#x26;act&#x003D;reference</ext-link>.</citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Buckley</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ferrando</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lloyd</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nordstr&#xf6;m</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Page</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>R&#xfc;fenacht</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>LHAPDF6: parton density access in the LHC precision era</article-title>. <source>Eur. Phys. J. C</source> (<year>2015</year>) <volume>75</volume>:<fpage>132</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjc/s10052-015-3318-8</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Buttazzo</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Di Luzio</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ghorbani</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gross</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Landini</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Strumia</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Scalar gauge dynamics and Dark Matter</article-title>. <source>JHEP</source> (<year>2020</year>) <volume>01</volume>:<fpage>130</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP01(2020)130</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cline</surname>
<given-names>J. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Frey</surname>
<given-names>A. R.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Nonabelian dark matter: Models and constraints</article-title>. <source>Phys. Rev. D</source> (<year>2009</year>) <volume>80</volume>:<fpage>083516</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.80.083516</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chowdhury</surname>
<given-names>T. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Saad</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Non-Abelian vector dark matter and lepton g-2</article-title>. <source>JCAP</source> (<year>2021</year>) <volume>10</volume>:<fpage>014</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1475-7516/2021/10/014</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="web">
<collab>CMS</collab>. <article-title>Search for pair production of vector-like quarks in leptonic final states in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ &#x003D; 13 TeV</article-title> (<year>2022</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://arxiv.org/abs/2209.07327">https://arxiv.org/abs/2209.07327</ext-link>.</citation>
</ref>
<ref id="B32">
<label>32.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Colucci</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fuks</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Giacchino</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lopez Honorez</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tytgat</surname>
<given-names>M. H. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vandecasteele</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Top-philic Vector-Like Portal to Scalar Dark Matter</article-title>. <source>Phys. Rev. D</source> (<year>2018</year>) <volume>98</volume>:<fpage>035002</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.98.035002</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B33">
<label>33.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Degrande</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Duhr</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fuks</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Grellscheid</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mattelaer</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Reiter</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>UFO - the universal feynrules output</article-title>. <source>Comput. Phys. Commun.</source> (<year>2012</year>) <volume>183</volume>:<fpage>1201</fpage>&#x2013;<lpage>1214</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cpc.2012.01.022</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B34">
<label>34.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Diaz-Cruz</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ma</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Neutral SU(2) Gauge Extension of the Standard Model and a Vector-Boson Dark-Matter Candidate</article-title>. <source>Phys. Lett. B</source> (<year>2011</year>) <volume>695</volume>:<fpage>264</fpage>&#x2013;<lpage>267</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physletb.2010.11.039</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B35">
<label>35.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>DiFranzo</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fox</surname>
<given-names>P. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tait</surname>
<given-names>T. M. P.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Vector dark matter through a radiative higgs portal</article-title>. <source>JHEP</source> (<year>2016</year>) <volume>04</volume>:<fpage>135</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP04(2016)135</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B36">
<label>36.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Farzan</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Akbarieh</surname>
<given-names>A. R.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>VDM: a model for vector dark matter</article-title>. <source>JCAP</source> (<year>2012</year>) <volume>10</volume>:<fpage>026</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1475-7516/2012/10/026</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B37">
<label>37.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fraser</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ma</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zakeri</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>SU(2)<sub>N</sub> model of vector dark matter with a leptonic connection</article-title>. <source>Int. J. Mod. Phys. A</source> (<year>2015</year>) <volume>30</volume>:<fpage>1550018</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S0217751X15500189</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B38">
<label>38.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gross</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Karamitsos</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Landini</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Strumia</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Gravitational vector dark matter</article-title>. <source>JHEP</source> (<year>2021</year>) <volume>03</volume>:<fpage>174</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP03(2021)174</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B39">
<label>39.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<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>
</person-group>, <article-title>Non-abelian gauge fields as dark matter</article-title>. <source>JHEP</source> (<year>2015</year>) <volume>08</volume>:<fpage>158</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP08(2015)158</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B40">
<label>40.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hahn</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Generating feynman diagrams and amplitudes with FeynArts 3</article-title>. <source>Comput. Phys. Commun.</source> (<year>2001</year>) <volume>140</volume>:<fpage>418</fpage>&#x2013;<lpage>431</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0010-4655(01)00290-9</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B41">
<label>41.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hahn</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pa&#xdf;ehr</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schappacher</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>FormCalc 9 and extensions</article-title>. <source>PoS LL2016</source> (<year>2016</year>) <fpage>068</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1742-6596/762/1/012065</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B42">
<label>42.</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>JHEP</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="B43">
<label>43.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hisano</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ibarra</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nagai</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Direct detection of vector dark matter through electromagnetic multipoles</article-title>. <source>JCAP</source> (<year>2020</year>) <volume>10</volume>:<fpage>015</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1475-7516/2020/10/015</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B44">
<label>44.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hu</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cai</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tang</surname>
<given-names>Y.-L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yu</surname>
<given-names>Z.-H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>H.-H.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Vector dark matter from split SU(2) gauge bosons</article-title>. <source>JHEP</source> (<year>2021</year>) <volume>07</volume>:<fpage>089</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP07(2021)089</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B45">
<label>45.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>W.-C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ishida</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>C.-T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tsai</surname>
<given-names>Y.-L. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yuan</surname>
<given-names>T.-C.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Signals of new gauge bosons in gauged two higgs doublet model</article-title>. <source>Eur. Phys. J. C</source> (<year>2018</year>) <volume>78</volume>:<fpage>613</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjc/s10052-018-6067-7</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B46">
<label>46.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>W.-C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tsai</surname>
<given-names>Y.-L. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yuan</surname>
<given-names>T.-C.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>G2HDM : gauged two higgs doublet model</article-title>. <source>JHEP</source> (<year>2016</year>) <volume>04</volume>:<fpage>019</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/JHEP04(2016)019</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B47">
<label>47.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hubisz</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Meade</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Phenomenology of the littlest Higgs with T-parity</article-title>. <source>Phys. Rev. D</source> (<year>2005</year>) <volume>71</volume>:<fpage>035016</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.71.035016</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B48">
<label>48.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ko</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Park</surname>
<given-names>W.-I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Higgs portal vector dark matter for GeV scale &#x3b3;-ray excess from galactic center</article-title>. <source>JCAP</source> (<year>2014</year>) <volume>09</volume>:<fpage>013</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1475-7516/2014/09/013</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B49">
<label>49.</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>Residual non-abelian dark matter and dark radiation</article-title>. <source>Phys. Lett. B</source> (<year>2017</year>) <volume>768</volume>:<fpage>12</fpage>&#x2013;<lpage>17</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physletb.2017.02.033</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B50">
<label>50.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Koorambas</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Vector gauge boson dark matter for the SU(N) gauge group model</article-title>. <source>Int. J. Theor. Phys.</source> (<year>2013</year>) <volume>52</volume>:<fpage>4374</fpage>&#x2013;<lpage>4388</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10773-013-1756-3</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B51">
<label>51.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lebedev</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lee</surname>
<given-names>H. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mambrini</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Vector higgs-portal dark matter and the invisible Higgs</article-title>. <source>Phys. Lett. B</source> (<year>2012</year>) <volume>707</volume>:<fpage>570</fpage>&#x2013;<lpage>576</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physletb.2012.01.029</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B52">
<label>52.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Semenov</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Lanhep&#x2014;a package for the automatic generation of feynman rules in field theory. version 3.0</article-title>. <source>Computer Physics Communications</source> (<year>2009</year>) <volume>180</volume>:<fpage>431</fpage>&#x2013;<lpage>454</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cpc.2008.10.012</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B53">
<label>53.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sirunyan</surname>
<given-names>A. M.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Search for top squarks and dark matter particles in opposite-charge dilepton final states at $\sqrt{s}&#x003D;$ 13 TeV</article-title>. <source>Phys. Rev. D</source> (<year>2018</year>) <volume>97</volume>:<fpage>032009</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.032009</pub-id>
</citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>