Journey through Gauge Theories: From Foundations to New Frontiers
Goswami Ganesh Dutta College（高斯米·甘什·达塔学院）
本文回顾粒子物理学从发现新粒子到建立标准模型，再到中微子振荡引发超出标准模型的新理论探索，最终迈向大统一理论的历程。
2026-05-27 hep-ph
The Superhot, Superdense, Supersymmetric Universe
在这次演讲中，以下问题得到解决：在超对称理论中，内部对称性是否必须在高温下恢复？与一般的看法相反，我们认为，当系统具有净背景电荷时，答案是否定的。我们的研究结果举例说明阿贝尔模型，为全球和地方的对称性和可能的宇宙学意义的情况下也进行了讨论。
1997-06-09 hep-ph
Explicit or Implicit? Encoding Physics at the Precision Frontier
Harvard University（哈佛大学）；University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；Nagoya University（名古屋大学）；Stanford University（斯坦福大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）；Universität Heidelberg（海德堡大学）
本文比较了L-GATr和OmniLearn模型在重带宽展开、似然比估计和弱监督异常检测任务中的性能，发现显式编码粒子物理结构的效率提升在方法上具有普遍性。
2026-08-03 hep-ph
Symmetries and Consistency Relations in the Large Scale Structure of the Universe
本文研究了非相对论性暗物质流体与引力耦合的牛顿运动方程所具有的对称性，这种对称性引起了引力不稳定现象。我们还讨论了一些一致性关系，涉及软极限的（n + 1）-相关函数的物质和星系的超密度。
2014-03-31 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Report of the Frontier For Rare Processes and Precision Measurements
这是Snowmass 2021年稀有和精确前沿报告。稀有过程和精密测量前沿，被称为“稀有和精密前沿”，或RPF，包括搜索可以用强光源和高精度探测器研究的极其罕见的过程或与标准模型（SM）的微小偏差。我们的社区研究已经确定了几个独特的研究机会，可以确定与新物理（NP）相互作用相关的尺度，并限制可能的新自由度的耦合。罕见的味道过渡过程和精确测量的探测器是味道和基本对称性的不可或缺的探针，并提供了对物理学的见解，这些物理学表现在更高的能量或通过比高能对撞机直接访问的更弱的相互作用。
2022-11-17 hep-ex hep-ph
Phase Transitions in the Early Universe and Defect Formation
在这两节课的第一节课中，我对有限温度场论中的相变作了一个介绍性的回顾。我强调的差异与全球和本地的对称性理论，宇宙学的相变和相变在超导体之间的相似之处。在第二篇中，我回顾了有限温度相变中缺陷形成的理论，强调了系统与局部对称性破缺之间的差异。这些原理同样适用于相对论和凝聚态系统。
2003-11-20 hep-ph
Snowmass2021 Cosmic Frontier White Paper: Rubin Observatory after LSST
维拉C。鲁宾天文台将于2024年开始进行时空遗产巡天（LSST），横跨18，000平方度的六个波段，在十年内对每个领域进行800多次观测。这一前所未有的数据集将使暗宇宙结构形成和演化的研究以及暗宇宙物理学的探索取得巨大进展。这些观测将为宇宙加速膨胀的原因提供线索，并可能为暗物质的性质提供线索。在接下来的十年里，LSST将能够确认或质疑今天在宇宙学数据中看到的紧张局势是否是由于新物理学。新的和意想不到的现象可能会证实或破坏我们目前对宇宙的理解。LSST的结果将指导LSST后的前进道路。即使到那时，鲁宾天文台仍然是一个独特的强大设施，能够揭示对暗宇宙物理学的进一步见解。这些可以通过创新的观测策略获得，例如，以比LSST更短的时间尺度靶向新探针，或通过适度的仪器变化，例如，新的过滤器，或通过一个全新的仪器的焦平面。本白皮书重点介绍了鲁宾在LSST之后观察到的每个场景中的一些机会。
2022-03-14 astro-ph.CO hep-ph
Theory Overview of Testing Fundamental Symmetries
我首先回顾违反洛伦兹和/或CPT不变性的一些理论动机。虽然后一种对称性在量子引力的环境中可能会被破坏，但在某些情况下，这些破坏是由于给定的经典背景几何造成的，这种背景几何可能是我们宇宙早期的特征，实际上是宇宙中物质对反物质占主导地位的原因。这样，我估计的一些系数的标准模型扩展（SME），这是一个框架的场论研究这样一个故障的基本对称性。然后，我简要地描述了这些对称性的一些测试，重点放在低能反质子物理和电偶极矩测量上，这是这次会议感兴趣的。我还提到了中性介子纠缠态在提供T（时间反转）和CP破坏的独立测量中的作用，从而提供了CPT对称性的独立测试，以及消相干诱导CPT破坏的新的（“吸烟枪”型）测试，这可能会扰乱某些量子引力模型。
2013-12-16 hep-ph
Study of $P$ and $CP$ symmetries in $Ξ^+_c\rightarrow Ξ^-π^+π^+$ at electron-positron collider
本研究通过测量三体衰变中的不对称衰变参数，探索$P$和$CP$对称性在charm系统中的表现，并为未来实验研究提供理论框架。
2025-10-17 hep-ph
The Frontier of Reionization: Theory and Forthcoming Observations
宇宙微波背景提供了宇宙大爆炸后40万年的图像，当时氢原子由自由电子和质子形成。观测宇宙学的主要目标之一是在数亿年后的再电离时期获得宇宙的后续图像，当时宇宙氢被第一个星系发射的紫外光子再次电离。为了实现这一目标，正在建造新的天文台，包括能够通过其红移21厘米的发射映射宇宙氢的低频无线电阵列，以及第一个星系的成像仪，如詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）和大口径地面望远镜。这些观测站的建设是由一个快速增长的理论工作机构的动机。再电离的数值模拟开始实现所需的动力学范围，以解决银河系源在数百个共动Mpc的规模，大于最大的电离区。
2007-11-21 astro-ph hep-ph
Fate of global symmetries in the Universe: QCD axion, quintessential axion and trans-Planckian inflaton decay-constant
本文系统地评述了粒子物理中出现的赝标量。从紫外线完备理论的基本观点来看，如果它们被实现为某些自发破缺的整体对称性的伪戈德斯通玻色子，它们就可以是轻的。自发破缺标度由衰减常数$f$参数化。整体对称性由有效理论中允许的最低阶项定义，与所讨论的规范对称性一致。因为任何整体对称性都被量子引力效应打破，所以所有的赝标量都应该是有质量的。质量标度由$f$和有效势中的显式破缺项$ΔV$以及某些非阿贝尔规范群$G$的反常项$ΔΛ^4_G$决定。著名的非阿贝尔规范群破缺的例子是通过Peccei-Quinn对称性的“不可见”QCD轴子的势，这构成了本文的主要部分。即使没有来自规范异常的破缺项，在势中也可能有显式破缺项$ΔV$，在这种情况下，被$f$抑制的首项决定了赝标量质量标度。如果破缺项非常小，并且衰变常数是反普朗克的，那么相应的赝标可以是“典型轴子”的候选者。一般来说，$(ΔV)^{1/4}$被认为小于$f$，因此伪戈德斯通玻色子质量尺度被认为小于衰变常数。在这种情况下，在大统一尺度下，伪戈德斯通玻色子的势能在势能的顶部附近足够平坦，可以成为暴胀模型的良好候选者，这被称为“自然暴胀”。我们在玻色子集体运动的框架下回顾了所有这些观点。
2018-01-29 hep-ph
The Role of Lattice QCD in Searches for Violations of Fundamental Symmetries and Signals for New Physics
本文档是USQCD协作的一系列白皮书之一。在这里，我们讨论了格量子色动力学（LQCD）在基本对称性和新物理信号的研究前沿的机会。LQCD与有效场论和核多体研究协同作用，为正在进行和计划中的实验计划提供理论支持，以寻找核子、原子核和原子的电偶极矩，质子衰变，$n$ - $\overline{n}$振荡，原子核的无中微子双$β$衰变，μ子到电子的转换，核子和原子核弱衰变的精确测量，精确的同位素位移光谱学，以及使用核目标的直接暗物质探测实验。本白皮书详细介绍了LQCD计划在USQCD合作中基本对称领域的目标，确定了未来五年内可以解决的优先事项，并详细阐述了可能需要在LQCD研究的数值和分析前沿进行高度创新的领域。
2019-04-22 hep-ex hep-lat hep-ph
Exploring the Frontiers: Challenges and Theories Beyond the Standard Model
本文综述标准模型无法解释的暗物质、希格斯质量和中微子质量三大异常，并梳理WIMPs、超对称与右手中微子等超越标准模型的理论。
2024-02-16 hep-ph
Can Strong QCD in the Early Universe Raise the Axion Decay Constant?
我们报告的假设，轴子衰变常数的上限可以移动到$10^{12}$ GeV以上的模型在早期宇宙中具有较强的QCD是没有实现的。通过研究对偶模型中的超势，并在原有的整体对称性下得到轴子势的形式，这一证明是可能的。
1996-10-07 hep-ph
Accidental symmetries in the scalar potential of the Standard Model extended with two Higgs triplets
两希格斯三重态模型（2 HTM）为我们提供了一种有吸引力的方法，可以同时解释微小的中微子质量和我们宇宙中观察到的物质-反物质不对称性。在这次演讲中，我们研究的偶然对称性的标量势在2 HTM使用双线性场形式主义。基于群论的论证，我们证明了最大对称群是${\rm SO(4)}$。我们仔细分析了${\rm SO(4)}$的所有子群，发现在2 HTM的标量势中有八种不同的偶然对称性。
2022-11-18 hep-ph
Snowmass2021 Cosmic Frontier White Paper: Probing dark matter with small-scale astrophysical observations
目前对暗物质的理解主要来自于对宇宙中总物质含量的测量，来自于引力物质在非常大尺度上的分布，以及来自于次星系尺度上的旋转曲线和速度色散。然而，小尺度结构很可能是解开宇宙中仍然神秘的85%物质的粒子物理学的关键。利用下一代引力波探测器和先进的天体测量仪器提供的大量高精度测量数据，将有可能对新粒子和暗物质进行新型小尺度天体物理探测。宇宙微波背景和大尺度结构调查将提供互补的限制暗物质模型与独特的小尺度签名。我们列出了小尺度结构和致密物体作为暗物质探测器的研究，并总结了实现目标的要求。
2022-07-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Braneworld Cosmological Effect on Freeze-in Dark Matter Density and Lifetime Frontier
在5维膜世界宇宙学中，我们在膜上的4维宇宙的弗里德曼方程在高温下被修改，而标准的大爆炸宇宙学在低温下被复制。基于Randall-Sundrum和Gauss-Bonnet两种著名的膜世界宇宙论，我们研究了膜世界宇宙论对非热暗物质粒子的残余密度的影响，该粒子与标准模型粒子的相互作用非常弱，其残余密度由冻结机制决定.对于早期宇宙中的暗物质产生过程，我们假设一个简单的场景，其中有一个光矢量-玻色子介质，用于暗物质粒子与标准模型粒子进行通信。我们发现，膜世界宇宙学效应可以极大地改变标准大爆炸宇宙学中产生的暗物质遗迹密度。作为应用，我们考虑了以轻$B-L$规范玻色子（$Z^\prime$）为介质的最小$B-L$扩展标准模型中的右手中微子暗物质.我们发现膜世界宇宙学效应的影响，寻找长寿的$Z^\prime$玻色子在计划/拟议的寿命前沿实验。
2019-11-13 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Search for hidden particles in intensity frontier experiment SHiP
尽管粒子物理学标准模型（SM）取得了不可否认的成功，但仍有一些现象（中微子振荡、宇宙的重子不对称性、暗物质等）。SM无法解释。这些现象表明，SM必须进行修改。很可能在SM之外还有新的粒子。有许多探索新物理的实验，可以分为两种类型：能量前沿和强度前沿。在第一类实验中，人们试图直接产生和探测新的重粒子。在第二类实验中，人们试图直接产生和探测与SM粒子微弱相互作用的新的光粒子。讨论了CERN SPS未来的强度前沿SHiP实验（\textbf{S}对\textbf{Hi} dden \textbf{P}文章的补充）。介绍了其优点和技术特点。
2019-11-20 hep-ex hep-ph
Snowmass2021 Cosmic Frontier White Paper: Cosmology and Fundamental Physics from the three-dimensional Large Scale Structure
实验技术的进步使得在不久的将来以高保真度绘制高红移宇宙的三维图成为可能。这将使观测到的体积增加许多倍，同时提供前所未有的对非常大尺度的访问，这些尺度包含有关原始物理学的关键信息。最近发展的理论技术，以及在高红移的非线性的较小尺寸，允许重建的数量级更多的“原始模式”，并应提高我们的理解，通过测量原始的非高斯性和功能的原始功率谱的早期宇宙。除了探测加速膨胀的第一个时期外，这种测量还可以探测暗物质统治时代的暗能量密度，严格限制了广泛的动态暗能量模型。物质功率谱的形状本身就有可能探测到早期暗能量到$z \sim 10^5$的百分之几的分数，探测暗能量一直到宇宙只有几岁的时候。这些测量的精度，再加上CMB的观测，也有希望大大改善我们对相对论性物质的有效数量、中微子质量、空间曲率和引力滑移的限制。线性或准线性大尺度结构的研究与红移调查和CMB目前提供了我们最严格的宇宙学和基础物理的约束。推进红移和体积前沿将以一种易于预测和优化的方式提供有保证的、最先进的重大改进。
2022-09-09 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Pushing the Energy and Cosmic Frontiers with High-Energy Astrophysical Neutrinos
最近由IceCube中微子望远镜发现的天体物理中微子具有最高的中微子能量--从TeV到PeV --并且旅行距离最长--高达几个Gpc，可观测宇宙的大小。这些特征使它们成为自然吸引人的基本粒子物理性质的探针，可能尺寸很小，在任何其他手段无法达到的能量尺度上。在发现冰立方之前的几十年里，人们看到了许多粒子物理学研究在这个方向上的建议。今天，这些建议已经成为现实，尽管普遍存在天体物理学的未知数。我们展示了在这些尺度上研究基本中微子物理的例子，包括一些超越标准模型的最严格的物理测试。
2019-06-19 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Snowmass2021 Cosmic Frontier White Paper:Primordial Black Hole Dark Matter
本白皮书探讨原初黑洞暗物质观测搜寻的科学动机、现状与未来范围，指出多机构支持的未来设施将提升探测灵敏度，需配套分析流程与理论建模，该研究低成本高回报且影响重大。
2022-07-01 astro-ph.CO hep-ph
MATHUSLA: A Detector Proposal to Explore the Lifetime Frontier at the HL-LHC
在大型强子对撞机上对长寿命粒子的观测将揭示标准模型之外的物理学，可以解释我们对宇宙的理解中的许多悬而未决的问题，并且可以想象地指向一个更完整的基本相互作用理论。这种长寿命的粒子特征是从根本上激发的，几乎可以出现在每一个解决宇宙的层次问题、暗物质、中微子质量和重子不对称性的理论结构中。在本文中，我们描述了位于HL-LHC $pp$相互作用点上方的大型探测器MATHUSLA，它可以观察到寿命高达0.1 s的大爆炸核合成极限的长寿命粒子。我们还注意到，它的大探测器面积使Mathusla能够为宇宙射线物理学做出重要贡献。由于有可能在我们对宇宙的概念理解方面取得重大突破，长寿命粒子的研究应该具有最高的优先级。
2019-01-13 hep-ex hep-ph
Fractionally Charged Particles at the Energy Frontier: The SM Gauge Group and One-Form Global Symmetry
本研究探讨分数电荷类矢量粒子的唯象学与LHC约束，指出部分情形下对撞机限制极弱甚至缺失，同时结合规范群表示论与广义整体对称性框架，凸显这类粒子搜索的物理价值与发现潜力。
2025-02-20 hep-ex hep-ph hep-th
The next non-Gaussianity frontier: what can a measurement with $σ(f_{\rm NL}) \lesssim 1$ tell us about multifield inflation?
未来的星系巡天有望以前所未有的精度探测局部原始非高斯性，即$σ(f_{\rm NL}) \lesssim 1$。我们研究的影响，多场通货膨胀考虑观众模型，其中通货膨胀是由暴胀子场驱动，但原始扰动（部分）产生的第二个，观众场。我们使用普朗克数据进行MCMC似然分析，研究定量预测$f_{\rm NL}$和其他可观的一系列这样的观众模型。我们表明，模型的原始扰动占主导地位的观众场，而微调内更广泛的参数空间，通常预测$f_{\rm NL}$的顺序统一。因此，即将到来的星系团测量将构成一个严格的测试，是否原始扰动的产生和暴胀宇宙的加速膨胀是由于不同的现象。
2016-12-15 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Snowmass2021 Cosmic Frontier CF6 White Paper: Multi-Experiment Probes for Dark Energy -- Transients
这份受邀的Snowmass 2021白皮书强调了天文瞬变联合分析在推进HEP科学方面的力量，并介绍了可以实现当前和即将到来的项目所带来的机会的研究活动。感兴趣的瞬变包括引力波事件、中微子事件、强透镜类星体和超新星，特别是Ia型超新星。这些瞬变可以作为宇宙中宇宙学距离的探测器，也可以作为极强引力、高能物理学的宇宙实验室。联合分析是指需要多个实验或设施进行重要协调的工作，因此包括多信使天文学和光学瞬态发现以及分布式后续计划。
2022-10-04 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
Gravitational waves from flavoured SU(2) early-universe phase transitions
该研究通过SU(2)风味规范群探讨早期宇宙相变可能产生可被未来引力波天文台观测到的引力波信号。
2025-12-01 hep-ph hep-th
Dark matter production in the early Universe: beyond the thermal WIMP paradigm
LHC对新物理的搜索越来越严格，加上在暗物质搜索中缺乏令人信服的弱相互作用大质量粒子（WIMP）信号，这些都严格限制了许多将热产生的WIMP作为冷暗物质的标准范例的实现。在这篇文章中，我们更一般地审查热和非热产生的暗物质（DM）。人们可以将DM模型分为两大类：一类涉及玻色子相干运动（bosonic coherent motion，WIMP），另一类涉及WIMP。WIMP和WIMP候选者分别需要一些近似的全局对称性和几乎精确的离散对称性。超对称轴子模型是高度动机，因为他们出现了令人信服的和优雅的解决方案的两个微调问题的标准模型：强CP问题和规范层次问题。我们在这里审查非热文物的一般设置，但我们也特别注意到丰富的宇宙学性质的各个方面的混合超对称性/轴子暗物质候选人，可以涉及两个弱相互作用大质量粒子和中微子在交织的方式。我们还简要回顾了一整套替代热和非热DM候选人。
2014-11-02 astro-ph.CO hep-ph
Generalized Models for Inflationary Preheating: Oscillations and Symmetries
研究近似共形对称及其二次破缺下的暴胀再加热模型，通过非线性振荡解、Hill 方程和稳定性图揭示宇宙膨胀使参数共振更不稳定的新机制。
2024-11-07 astro-ph.CO hep-ph math-ph
Quantum Rods and Clock in a Gravitational Universe
本文研究引力宇宙中局域算子的定义难题，证明借助具有量子涨落的参考系统（量子杆与时钟）可以在量子领域中实现相对定义的可观测量，且参考系统的量子涨落是实现这一机制的关键。
2025-04-10 gr-qc hep-ph hep-th
Quantum Frontiers in High Energy Physics
本文综述了量子技术在高能物理探测、计算与数据分析中的最新进展，重点讨论量子设备与算法在寻找新物理、研究非微扰动力学及高能标下检验量子力学方面的作用与前景。
2025-03-10 hep-ex hep-lat hep-ph
Phase Transitions in the Universe
在过去的二十年里，宇宙学家转向粒子物理学，以探索早期宇宙的物理学。宇宙中最小和最大结构的物理学之间的主要联系是自发对称性破缺的想法，这在凝聚态物理中很常见。将这种机制应用到宇宙学中，会导致一种有趣的可能性，即在宇宙的早期历史中，与高能粒子物理学中对称性破坏有关的相变发生了。这些宇宙学的相变可以帮助我们理解宇宙学的标准热大爆炸模型所面临的许多挑战，同时提供了一个独特的窗口进入非常早期的宇宙和高能粒子相互作用的物理学。
1998-03-09 astro-ph cond-mat hep-ph
