Probing light WIMPs with directional detection experiments
CoGeNT和CRESST WIMP直接探测实验最近观察到了过量的核反冲事件，而DAMA/LIBRA实验有长期存在的年度调制信号。有人认为，这些过剩可能是由于轻质量（m_chi ~ 5-10 GeV）的WIMP引起的。地球相对于银河系静止坐标系的运动导致了WIMP散射率的方向依赖性，提供了任何反冲过剩的银河系起源的强大信号。我们调查是否直接检测实验的方向灵敏度有可能观察到这种各向异性散射率的弹性散射光WIMP提出解释所观察到的过剩。我们发现，所需的反冲的数量从光WIMP在5西格玛意义上检测各向异性信号变化从7到超过190的目标核和能量阈值预期的定向探测器的集合。较小的数字来自于探测器只对最高速度的反冲敏感的配置，因此也是最各向异性的WIMP。然而，在这些情况下，阈值以上的事件率非常小，导致需要大量的实验暴露来积累即使是少量的事件。为了解释这种对WIMP速度分布尾部的敏感性，其形状并不为人所知，我们考虑了两个跨越可能性范围的示例性晕模型。我们还注意到，为了精确计算，必须对地球的轨道速度取平均值。我们发现，对于20 keV的能量阈值，在10^-4 pb的WIMP-质子截面上探测10 GeV的WIMP所需的辐照量约为10^3 kg/天，在计划的定向探测器的范围内。较低的WIMP质量需要较高的曝光和/或较低的能量阈值进行检测。
2012-10-08 astro-ph.CO hep-ph
Accurate calculations of the WIMP halo around the Sun and prospects for gamma ray detection
弱相互作用大质量粒子（WIMP）可以被天体捕获，比如太阳。在被太阳捕获的过程中，它们将在太阳周围建立一个WIMP群体，最终将沉入太阳的核心。以前曾有人用简单的估计认为，太阳周围的这种WIMP晕可能是一个足够强的伽马射线源，可以作为WIMP暗物质的可探测特征。在这里，我们重新审视这个问题，使用详细的蒙特卡罗模拟和详细的组成和结构信息的太阳，以估计的伽马射线通量的大小。与早期的估计相比，我们发现，从弱相互作用湮没在太阳晕的伽马射线通量将是可以忽略不计的，没有当前或计划中的探测器，甚至能够检测到这个通量。
2009-03-04 astro-ph.CO hep-ph
Improved determination of the WIMP mass from direct detection data
寻找弱相互作用大质量粒子（WIMP）暗物质的直接探测实验通常使用简化的星系晕模型来推导参数约束。然而，有强有力的证据表明，这个标准晕模型并不是我们银河系的一个很好的近似。我们讨论了以前的尝试提取的WIMP的质量，横截面和速度分布从直接检测数据，并表明这些导致显着的偏差重建的参数值。我们开发和测试的另一种模型独立的方法参数化的动量分布的WIMP的基础上。这使我们能够将分析仅限于实验敏感的动量空间区域。该方法可以应用于一个单一的实验，以提取信息的分布函数，以及信息的简并WIMP质量和相互作用截面结合在一个单一的参数。这种简并性可以通过包括来自额外实验的数据来打破，这意味着可以恢复WIMP的质量和速度分布。我们使用来自提议的吨级直接检测实验的模拟数据集来测试动量参数化方法，表明它具有比以前的方法更好的覆盖特性，以及显着降低的偏差。我们也能够准确地重建WIMP速度分布的形状，但区分不同的底层分布仍然很困难。
2012-11-16 astro-ph.CO hep-ph
Supersymmetry and Dark Matter post LHC8: why we may expect both axion and WIMP detection
在后LHC 8时代，人们认为超对称模型参数空间的剩余部分在EW扇区（EWFT）中得到了高度微调。我们讨论了如何传统的措施高估超对称理论的EWFT。辐射驱动的自然超对称性（RNS）模型保持了超对称性大统一理论的范式，EWFT较低，约为10%，但其特征是轻希格斯~100-300 GeV，弱相互作用暗物质热丰度不足。对强CP问题实施超对称DFSZ解决方案可以解释小μ参数，但表明暗物质应该主要由轴子和少量类似希格斯诺的WIMP混合组成。虽然RNS可能逃脱LHC 14的搜索，但我们希望最终能直接检测到WIMP和轴子。一台能量为\sqrt{s} ~ 500-600 GeV的e^+e^-对撞机应该能对预言的轻希格斯玻色子进行彻底的搜索。
2013-10-07 astro-ph.CO hep-ph
Understanding WIMP-baryon interactions with direct detection: A Roadmap
我们研究了暗物质直接探测搜索的前景，以探索WIMP-重子散射的非相对论有效理论。我们模拟了一个大的噪声反冲能谱不同的散射方案（超出标准的动量独立的接触相互作用），第二代和未来的实验。我们分析这些模拟和量化的概率，成功地确定运营商管理的散射，如果观察到的WIMP信号。我们发现，成功率取决于一个组合的因素：WIMP质量，介质质量，相互作用的类型，和实验的能量窗口。例如，对于20 GeV的WIMP，第二代只可能在相互作用是类库仑的情况下识别正确的算符，而在任何其他情况下都不太可能这样做。对于质量为200 GeV或更高的WIMP，成功几乎是有保证的。我们还发现，无论散射模型和WIMP参数，一个单一的第二代实验是不可能成功地辨别其本身的基础运营商的动量依赖性，但前景大幅改善时，与不同的目标材料和能量窗口的实验进行联合分析。此外，我们研究的质量参数估计和退化的多维参数空间的有效理论。我们发现，特别是由此产生的WIMP质量估计可以严重偏差，如果数据进行分析，假设标准（动量无关）运营商，而实际运营商的动量依赖。最后，我们评估的最终达到直接检测，发现成功的运营商选择的前景之前，达到不可约的背景是极好的，如果信号是刚刚低于目前的限制，但如果第二代不报告WIMP检测渺茫。
2014-06-30 astro-ph.CO hep-ph
On the sensitivity of present direct detection experiments to WIMP-quark and WIMP-gluon effective interactions: a systematic assessment and new model-independent approaches
假设弱相互作用大质量粒子（WIMPs）的麦克斯韦速度分布在银河系中，我们提供了一个评估现有的暗物质（DM）的直接检测（DD）实验的灵敏度算子的相对论性有效场论描述暗物质与夸克和胶子的相互作用的7维。特别是，我们专注于一个系统的方法，包括一组广泛的实验和大量的耦合，都超过了文献中的完整性类似的分析。相对论有效理论要求为每种夸克味确定一种耦合，因此原则上对于每种不同的组合，应该从直接探测实验数据开始重新计算边界。为了解决这个问题，我们提出了一个近似的模型无关的程序，允许直接计算的边界耦合的任何组合的模型无关的限制的威尔逊系数的非相对论理论表示的WIMP质量和中子-质子耦合比$c^n/c^p$。我们测试结果的近似程序对一个完整的计算，并讨论其可能的陷阱和局限性。我们还在Python中提供了一个简单的插值接口，允许定量地应用我们的方法。
2019-08-06 astro-ph.CO hep-ph
Halo-independent bounds on the non-relativistic effective theory of WIMP-nucleon scattering from direct detection and neutrino observations
我们结合实验的限制，从直接探测搜索和中微子望远镜寻找WIMP湮灭在太阳上的有效非相对论性哈密顿量，驱动散射过程的核的WIMP自旋1/2的28 WIMP质子和WIMP中子耦合的每一个上的晕独立的界限。该方法假设速度分布在太阳系尺度上是归一化的、均匀的，以及WIMP在太阳中的俘获和湮灭之间的平衡，并需要固定WIMP湮灭通道（我们假设$b\bar{b}$）。我们认为一个单一的非零耦合的时间，并发现，对于大多数的耦合的松弛度的晕独立的边界相比，通过假设标准的晕模型是有少数例外相对温和的低和高的WIMP质量制度，在那里它可以小到一个因素的$\simeq 2$，而在10 GeV和200 GeV之间的中间质量范围内，它可以与$\sim 10^3$一样大。这种一般模式的一个例外，与更温和的值的束缚弛豫，观察自旋相关的WIMP质子耦合的情况下，没有或相对较小的动量抑制，其中WIMP捕获强烈增强，因为它是由散射事件驱动关闭$^1H$，这是太阳中最丰富的目标。在这类算子中，对于仅由速度依赖项驱动的相互作用，松弛特别小，与直接检测相比，太阳捕获信号增强，这要归功于太阳内散射WIMP的最高速度，这是由于更大的引力加速度。
2023-03-07 astro-ph.CO hep-ph
Direct detection data and possible hints for low-mass WIMPs
本文提出了来自DAMA、CoGeNT以及CRESST实验的质量约为10 GeV的WIMP暗物质的可能线索，并面临CDMS和XENON数据的限制。专注于自旋无关（SI）WIMP-核相互作用，我详细说明的困难，使相互一致的提示和规避的约束，提到能量尺度的不确定性，淬火和光产额的因素，以及晕属性的不确定性。在目前的情况下，似乎很难在SI框架内协调所有的数据，这表明如果实验异常确实是由于暗物质造成的，那么必须有一种更奇特的机制（有待确定）在起作用。
2010-11-26 astro-ph.CO hep-ph
New approaches in the analysis of Dark Matter direct detection data: scratching below the surface of the most general WIMP parameter space
我们表明，DAMA调制结果之间的兼容性（以及统计上不太显著的过量，如CDMS硅效应和CRESST声称的过量）与其他实验的约束，可以通过将直接检测数据的分析扩展到具有自旋依赖性或自旋依赖性的WIMP离开核的标准弹性散射之外来实现。独立的截面，并具有等温球模型预测的速度分布。为此，我们讨论了几种分析暗物质直接探测数据的新方法，目的是消除或减少其对特定理论假设的依赖，并扩大其范围：天体物理不确定性的因子分解方法，非相对论场论中WIMP-核子相互作用的分类和研究，非弹性散射和等矢量耦合抵消，包括次主导两核子非线性光学效应。通常，将这些成分中的两种或更多种结合起来可能会导致与文献中通常声称的非常不同的结论。这表明我们现在才开始触及最一般的WIMP直接检测参数空间的表面。
2015-12-29 astro-ph.CO hep-ph
Halo-independent analysis of direct detection data for light WIMPs
我们对“轻WIMP”（即质量接近或低于10 GeV/c^2的弱相互作用大质量粒子）的直接探测数据进行了与晕无关的分析。我们包括硅CDMS探测器（边界和过剩事件），最新的CoGeNT验收，和最近的测量低钠淬火因子碘化钠晶体的新结果。我们重点研究了具有自旋无关的同位旋守恒和同位旋破坏的轻WIMP与核子的相互作用。对于这些暗物质候选者，我们发现，一个低的淬火因子将使DAMA调制与一个合理的逃逸速度的暗物质晕不兼容，并在两个同位旋守恒和同位旋破坏的情况下，实验数据之间的紧张局势收紧。我们还发现，一个新的，虽然温和的紧张局势之间出现CoGeNT和DAMA的年度调制一侧和硅过剩事件的其他方面，在这似乎很难解释它们作为调制和未调制方面的相同的WIMP暗物质信号。
2013-09-26 astro-ph.CO hep-ph
Direct detection of WIMPs : Implications of a self-consistent truncated isothermal model of the Milky Way's dark matter halo
在基于无碰撞暗物质相空间分布函数“King模型”的银河系有限尺寸暗晕自洽截断等温模型的背景下，研究了直接探测暗物质的弱相互作用大质量粒子（WIMP）候选者的问题.我们的晕模型考虑到了由于观测到的可见物质的引力影响，以自洽的方式对晕的相空间结构进行了修改。晕模型的参数是通过拟合最近确定的银河系的圆形旋转曲线来确定的，该曲线延伸到$\sim$ 60 kpc。与通常用于分析WIMP直接探测实验结果的标准Halo模型（SHM）不同，在我们的模型中WIMP的速度分布是非麦克斯韦的，在最大速度处具有自洽的截止值。对于我们的晕圈模型，它提供了旋转曲线数据的最佳拟合，90% C.L.例如，根据CDMS-II实验的最新结果，在WIMP质量为$\sim$ 71 GeV时，WIMP-核子自旋无关截面的上限是$\sim 5.3\times10^{-8}\pb$。我们还发现，使用原来的2箱年度调制幅度数据的DAMA实验，存在一个范围内的小WIMP群众，通常为$\sim$ 2 - 16 GeV，在其中DAMA合作的声称年度调制信号据称是由于WIMP是兼容的空结果的其他实验。这些结果加强了低质量（$\lsim 10\gev$）WIMP作为暗物质候选者的可能性，正如在SHM背景下进行的几项早期研究所表明的那样。更严格的分析，使用DAMA箱在较小的间隔应该能够更好地约束“DAMA区域”在我们的模型的上下文中的WIM…
2010-08-17 astro-ph.CO hep-ph
Detection Prospects for Majorana Fermion WIMPless Dark Matter
我们考虑速度依赖和速度无关的贡献自旋相关（SD）和自旋无关（SI）的核散射（包括一个循环的修正）的WIMP无暗物质，在这种情况下，暗物质候选人是马约拉纳费米子。我们发现，自旋无关的散射只产生于混合的异国情调的squarks，或从速度依赖的条款。然而（与MSSM中性伴子WIMP的情况相反），我们发现了一类不能通过SI散射检测到的模型，但可以通过SD散射在IceCube/DeepCore检测到。我们研究了大范围的马约拉纳费米子WIMP无模型参数的SI和SD检测策略的检测前景。
2011-08-03 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Detection of WIMP-like dark matter in some extensions of the Standard Model
最受欢迎的暗物质候选者之一是弱相互作用大质量粒子（WIMP），即具有质量和耦合的粒子大致落在电弱尺度内。除了提供一种解释暗物质的自然机制外，WIMP还为我们提供了一种希望，即可以通过它们的非引力相互作用来检测它们。在这种可能性下，我们肯定会更接近确定暗物质的真实性质的目标。在介绍了一些形式主义和理论元素后，我们研究了WIMP型暗物质的现象学，无论是在模型无关的方式，以及在特定的模型框架，重点是在运行或即将到来的直接和间接检测实验的检测前景。
2011-06-19 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Study of WIMP annihilations into a pair of on-shell scalar mediators
在这篇文章中，我们专注于一个新的标量$ϕ$介导的标量/矢量WIMP（弱相互作用的大质量粒子），$ϕ$的质量略低于WIMP的质量。为了解释银河系中心1 - 3 GeV的伽马射线过剩，这里我们考虑的情况下，一个WIMP对主要湮灭成壳层上的$ϕϕ$对与$ϕ$主要衰减到$τ\barτ$。WIMPs的质量在14 - 22 GeV之间，并且WIMPs的湮灭在相空间中被抑制。在这个湮灭方案中，$ϕ$ -标准模型（SM）粒子的耦合几乎是任意小的，并且WIMP-核自旋无关散射可以被现有的暗物质（DM）直接探测所容忍。介绍了一种标量介体-Higgs场混合，它体积小，实用性强。导出了早期宇宙中热平衡对$ϕ$ -SM粒子耦合的下限约束，该约束在直接探测标量DM的中微子本底之上。在未来几年内，在升级后的DM直接探测实验中可能探测到WIMP，而在未来的高亮度$e^+ e^-$对撞机上可能观测到奇异衰变$h \rightarrow ϕϕ$和$ϕ$的产生。
2016-11-07 astro-ph.CO hep-ph
Direct Dark Matter Searches: Fits to WIMP Candidates
在简要介绍了一般的暗物质和作为候选者的WIMP之后，我们回顾了直接暗物质搜索的最新结果。我们专注于旧的和最近的提示，指出轻WIMP的质量低于10 GeV。
2011-06-30 astro-ph.CO hep-ph
WIMP astronomy and particle physics with liquid-noble and cryogenic direct-detection experiments
一旦弱相互作用大质量粒子（WIMP）在直接探测实验中被明确探测到，挑战将是确定人们可以从数据中推断出什么。在这里，我检查重建的WIMP粒子物理特性（质量，截面）从下一代低温和液体惰性直接检测实验的局部速度分布的前景。我发现，固定的速度分布的形式时，估计约束的WIMP质量和截面的常见方法意味着失去了包含在数据中的速度分布的信息，并可能导致偏差的粒子物理参数的推断值。我表明，使用一个更一般的，经验形式的速度分布，可以导致良好的约束速度分布。此外，可以使用贝叶斯模型选择标准来确定速度分布的理论启发的函数形式（例如麦克斯韦-玻尔兹曼分布）是否比经验模型更适合。WIMP质量和截面之间的简并度的形状及其与这些参数的真实值的偏移取决于速度分布的假设，这对直接检测和对撞机数据之间的一致性检查具有重要意义。此外，我发现理论参数的不确定性敏感地依赖于用于WIMP搜索的能量范围的上限。如果将WIMP搜索扩展到更高的能量（~ 1 MeV），则可以得到对WIMP粒子物理参数和速度分布的更好的约束。
2012-01-18 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
The last Complex WIMPs standing
我们继续在[arXiv：2107.09688]中开始的弱相互作用大质量粒子（WIMP）的研究，重点是将非零超电荷添加到标准模型中的单个复杂电弱$n$ -子。暗物质和它的电弱中性伙伴之间的最小分裂需要规避直接检测约束，只允许超荷小于或等于1的多重态。我们计算的第一次所有可计算的WIMP质量的最大多重允许微扰么正性。对于最小允许分裂，这些多重态中的大多数可以在未来的大曝光直接探测实验中完全探测，但具有超荷1/2的双重态是一个明显的例外。我们展示了未来的μ子对撞机如何充分探索复杂的二重态的参数空间，结合丢失的质量，位移的轨道和长寿命的轨道搜索。本着同样的精神，我们研究了未来的μ子对撞机如何在直接探测截面低于中微子层的区域探测复杂WIMP的参数空间。最后，我们评论如何精确的观测可以提供额外的限制复杂的弱相互作用粒子。
2022-05-09 astro-ph.CO hep-ph
Present and projected sensitivities of Dark Matter direct detection experiments to effective WIMP-nucleus couplings
假设弱相互作用大质量粒子（WIMP）在银河系中的麦克斯韦速度分布，我们探索了一个系统的方式，现有的和计划的暗物质（DM）的直接检测实验的一个广泛的集合的相对灵敏度的14个耦合参数，最一般的非相对论性（NR）伽利略不变性所允许的有效哈密顿量，用于驱动自旋为1/2的WIMP核的弹性散射的接触相互作用。我们执行我们的分析中的两个自由参数：WIMP质量$m_χ$和WIMP-中子和WIMP-质子耦合$c^n/c^p$之间的比率。我们包括修改后的信号光谱形状，由于非标准的相互作用时，它是需要在确定的界限，如在背景扣除或应用的最佳间隔方法的情况下。对于每个偶联，在$m_χ$ - $c^n/c^p$平面中，我们提供了最严格的90% C. L.的等高线图。我们还介绍了NRDD_constraints，一个简单的内插代码编写的Python，允许获得的数值作为一个函数的WIMP质量$m_χ$和耦合比$c^n/c^p$的约束，为每个NR耦合。我们发现，9个实验的14个本暗物质搜索考虑在我们的分析提供了最严格的约束上的一些有效的耦合为一个给定的选择$(m_χ,c^n/c^p)$：这是证据的互补性不同的目标核和/或计数率和能量阈值的不同组合时，搜索DM扩展到广泛的可能的相互作用。
2019-02-28 astro-ph.CO hep-ph
Reconstructing WIMP properties through an interplay of signal measurements in direct detection, Fermi-LAT, and CTA searches for dark matter
我们研究了重建质量，散射，和湮灭截面的暗物质在新一代的大型地下探测器，氙-1 T，SuperCDMS和DarkSide-G2，结合扩散伽马辐射从费米-LAT观测46个本地螺旋矮星系和预计CTA的信号从银河系中心的灵敏度预计15年的数据的能力。为此，我们考虑了几个基准点跨越范围广泛的WIMP质量，不同的湮灭最终状态，和足够大的事件率，以保证在一个或多个实验中检测。如前所述，在100 GeV以下，原则上只有直接探测实验才能很好地重建WIMP质量。在还检测到费米-LAT处的信号的情况下，这可以额外地帮助限制σv和允许的衰变分支率。在大约100 GeV和几百GeV之间的中间范围内，直接和间接检测实验可以互补地使用，以改善各自的确定性，这在单个实验中充其量是相当差的，因此使得在这个质量范围内的WIMP重建非常具有挑战性。在大的WIMP质量，~1 TeV，CTA将有能力重建质量，湮灭截面，并允许衰变分支率非常好的精度为$τ^+τ^-$或纯轻子的最终状态，良好的$W^+W^-$的情况下，而$b\bar{b}$较差。通过减少系统不确定性、增加暴露量或通过在费米-LAT处进行额外的测量（这将有助于重建湮灭截面和允许的分支分数到不同的最终状态），可以潜在地实现实质性的改进。
2016-08-26 astro-ph.CO hep-ph
WIMP dark matter candidates and searches - current status and future prospects
我们回顾了当前暗物质理论和实验的几个方面。我们概述了目前的实验状态，其中包括目前的界限和最近的索赔和暗示的一个可能的信号在广泛的实验：直接检测地下实验室，伽马射线，宇宙射线，X射线，中微子望远镜，和大型强子对撞机。我们简要回顾了几个可能的候选粒子弱相互作用大质量粒子（WIMP）和暗物质，最近被认为是在文献中。我们特别关注最轻的超对称中性伴子，因为它仍然是暗物质的最佳候选者，也显示出良好的检测前景。最后，我们简要地回顾了一些替代方案，可以大大改变性能和前景的标准热WIMP范式内获得的暗物质的检测。
2018-06-04 astro-ph.CO hep-ph
Ring-like features in directional dark matter detection
我们讨论了一种新的暗物质签名相关的弱相互作用大质量粒子（WIMPs）的定向检测。对于足够重的WIMP和足够低的反冲能量，反冲率的最大值不是在平均WIMP到达方向的方向上，而是在围绕它的一个环中，该环的角半径随着WIMP质量的增加而增加，并且在非常低的能量下可以接近90度。相对于探测器，WIMP速度色散较小，WIMP平均速度较大时，环更容易探测。原则上，环可以用作WIMP质量范围的额外指示。
2012-05-10 astro-ph.CO
Supersymmetry with radiatively-driven naturalness: implications for WIMP and axion searches
通过坚持MSSM的电弱和QCD部分的自然性，暗物质产生的图像与通常的WIMP奇迹图像相比有了很大的改变。在具有辐射驱动自然性的超对称模型（辐射自然超对称模型或RNS）中，其中包括对强CP和超对称μ问题的DFSZ类解决方案，暗物质预计将是轴子和希格斯诺类WIMP的混合物。WIMP/轴子丰度计算需要同时求解一组描述准稳定轴子和轴子的耦合玻尔兹曼方程。在大多数的参数空间，轴子弥补了占主导地位的贡献的暗物质，虽然地区的WIMP优势也发生。我们给出了PQ标度f_a的允许范围，并与ADMX轴子探测器在不久的将来预期探测的值进行了比较。我们还显示了WIMP的检测率，这是抑制从通常的期望，因为现在WIMP只包括一小部分的总暗物质。尽管如此，吨级稀有液体探测器应该能够探测整个RNS参数空间。间接的WIMP检测率是不太有利的，因为它们是由耗尽的WIMP丰度的平方减少。
2015-03-13 astro-ph.CO hep-ph
The median recoil direction as a WIMP directional detection signal
直接探测实验已经达到了探测暗物质WIMP所需的灵敏度。然而，证明一个假定的信号是由于WIMP，而不是背景，是一个主要的挑战。WIMP散射率的方向依赖性提供了一个潜在的WIMP“吸烟枪”。如果WIMP分布主要是平滑的，则银河反冲分布在与太阳运动方向相反的方向上达到峰值。先前的研究已经发现，对于理想的探测器，10阶WIMP事件将足以拒绝各向同性，并排除各向同性背景。我们研究如何中位数反冲方向可以用来确认各向异性反冲信号的WIMP起源。具体来说，我们确定了拒绝零假设所需的事件数，即中值方向是随机的（对应于各向同性的银河反冲分布），置信度为95%。我们发现，为零背景31事件是必需的，大约2倍以上，需要简单地拒绝各向同性。我们还研究了非零各向同性背景的影响。随着背景速率的增加，所需的事件数量增加，最初相当缓慢，然后更快，一旦信号变得次显性。我们还讨论了在大速度的速度分布中的功能的效果，发现在最近的高分辨率模拟中，中位反冲方向。
2010-03-03 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Detection prospects for heavy WIMP dark matter near supermassive black holes, particularly in M31
Institute of Physics, University of Belgrade（贝尔格莱德大学物理研究所）
本文研究了近超大质量黑洞处WIMP暗物质的探测前景，指出CTA在M31*中可能探测TeV尺度WIMP参数空间，并提供比MW*更严格的约束。
2025-12-11 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Dependence of direct detection signals on the WIMP velocity distribution
在WIMP直接探测实验中预期的信号依赖于超局域暗物质分布。观测探测局部密度，圆周速度和逃逸速度，而模拟发现速度分布显着偏离标准麦克斯韦分布。我们计算的能量，时间和方向的依赖性事件率的范围内的速度分布的动机最近的观测和模拟，也调查的不确定性，在确定的WIMP参数。主要的不确定性是局部圆周速度中的系统误差以及MW是否具有高密度暗盘。在这两种情况下，有实质性的变化，平均差分事件率和年度调制信号，因此排除限制和确定的WIMP质量。晕速度分布形状的不确定性不太重要，但它会导致WIMP质量的5%系统误差。详细的事件率的方向依赖性是敏感的速度分布。然而，检测各向异性和确认中位反冲方向所需的事件数量基本上没有变化。
2010-10-11 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Model independent determination of the dark matter mass from direct detection experiments
确定暗物质（DM）的质量对于理解暗物质至关重要。我们提出了一种新的DM速度分布的参数化，这将使DM质量被准确地测量使用弱相互作用大质量粒子（WIMP）的直接检测实验的数据。具体来说，我们参数化的速度分布的自然对数作为一个多项式的速度v.我们证明，使用模拟数据从即将到来的实验，通过拟合的WIMP质量和相互作用的横截面，随着多项式系数，我们可以准确地重建WIMP质量和速度分布。这种新方法是第一次证明，一个准确的，公正的重建的WIMP质量是可能的，而无需事先假设的分布函数。我们预计，这种技术将是非常宝贵的，在未来的实验数据的分析。
2013-07-18 astro-ph.CO hep-ph
Power Corrections to the Universal Heavy WIMP-Nucleon Cross Section
在重WIMP有效理论中，在$1/M$阶上分析了WIMP与核子的散射。$1/M$功率校正（其中$M\gg m_W$是WIMP质量）区分具有相同通用极限的不同基础UV模型，并且由于领先阶的通用幅度水平取消，它们对直接检测率的影响相对于天真的预期可以增强。在低能有效理论下，对弱SU（2）三重态WIMP与标准模型夸克和胶子的相互作用进行了必要的单圈和双圈匹配计算，同时考虑了基本费米子和复合标量的情况.低速WIMP-核子散射截面的评估和比较，目前的实验限制和预计的未来灵敏度。我们的研究结果提供了最强大的预测电弱三重马约拉纳费米子暗物质的直接检测率，在这种情况下，两个源之间的功率校正的取消产生一个小的总$1/M$校正，和总截面接近$M \gtrsim {\rm few} \times 100\,{\rm GeV}$的普遍限制。对于SU（2）复合标量，$1/M$修正引入了对强动力学的依赖。使用一个领先的手征对数评估，总$1/M$修正有一个更大的幅度和不确定性比在费米子的情况下，与一个符号，进一步抑制总截面。这些例子为未来的直接探测实验提供了明确的目标，并激发了能够探测TeV质量范围内中微子地板的大型探测器。
2018-04-18 astro-ph.CO hep-ph
Scalar Split WIMPs in the Future Direct Detection Experiments
我们考虑一个简单的可重整化暗物质模型，由两个具有质量分裂$δ$的实标量组成，通过希格斯门与SM粒子相互作用。我们找到了一个可行的参数空间尊重所有的界限所施加的无形希格斯衰变实验在大型强子对撞机，直接检测实验的氙100和LUX和暗物质遗迹丰度提供的WMAP和普朗克。尽管单重标量暗物质模型是脆弱的，对未来的直接检测实验，标量分裂模型在这里介绍生存这样即将到来的界限。我们强调的作用，共湮灭过程和混合效应在这一功能。对于$m_{\text{DM}} \sim 63$ GeV，我们也可以解释在银河系纬度$2^{\circ} \leq |b| \leq 20^{\circ}$和银河系赤道$|l| < 20^{\circ}$的费米LAT数据分析中观测到的γ射线过剩。
2016-02-20 astro-ph.CO hep-ph
WIMPs in a 3-3-1 model with heavy Sterile neutrinos
在这项工作中，我们表明，从一个3-3-1规范模型的粒子谱与重不育中微子，我们可以有多达三个冷暗物质候选人作为WIMP。我们获得了它们的遗迹丰度，并分析了它们与最近的直接探测实验的兼容性，探索了解释CDMS-II报告的两个事件的可能性。一个有趣的结果，这个3-3-1模型，关于直接检测两个弱相互作用粒子的模型，是一个强约束的对称性破缺规模，这迫使它高于3 TeV。
2010-12-03 astro-ph.CO hep-ph
Direct detection rate of heavy Higgsino-like and Wino-like dark matter
一大类可行的暗物质模型包含一个WIMP候选者，它是一个新的电弱多重态的组成部分，其质量$M$比电弱尺度$m_W$大。一个通用的振幅级取消在这样的模型产生严重的抑制的截面的WIMP-核子散射，重要的是要评估正式subleading效应的影响。计算了电弱偶极（类希格斯诺）暗物质候选者的$m_W/M$阶对重WIMP极限的幂修正，并对自由核子截面的核修正的现代模型进行了评价。对纯Higgsino极限的修正由一个通过重WIMP展开一阶的单参数决定。目前和预计的实验界限这个参数进行了研究。在纯希格斯诺极限的直接检测信号仍然低于中微子背景的WIMP在TeV的质量范围。核修正也适用于重Wino的情况下，完成调查的组合subleading微扰QCD，$1/M$功率修正，和核修改的影响。
2020-03-17 astro-ph.CO hep-ph
Indirect Detection of WIMP Dark Matter: a compact review
暗物质粒子的间接探测，即弱相互作用大质量粒子的湮灭或衰变产物的探测，已经进入了一个关键阶段，因为实验达到了探测最感兴趣的参数空间的灵敏度。这一时期自然伴随着发现的声称。在这篇文章中，我讨论和比较不同的探针（伽马射线，中微子和带电宇宙射线）和审查的限制和最近的检测索赔的状态和前景。
2014-11-07 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
The Fraternal WIMP Miracle
我们确定和分析热暗物质候选人在异卵双胞胎希格斯模型及其推广。异卵双生暗物质的残余丰度是由孪生弱相互作用决定的，其尺度与标准模型的弱尺度紧密相连。因此，暗物质候选者受益于“兄弟般的WIMP奇迹”，再现了观测到的质量在50到150 GeV之间的暗物质暗物质丰度。然而，主要负责暗物质湮灭的耦合并不导致与可见部分的相互作用。直接探测率是通过费米子希格斯门相互作用来设定的，这同样受到自然性考虑的约束，但在参数上比导致暗物质湮灭的要弱。预测的直接检测截面接近于当前的LUX界限，并且为下一代直接检测实验提供了机会。
2016-02-01 astro-ph.CO hep-ph
WIMP searches with gamma rays in the Fermi era: challenges, methods and results
伽马射线望远镜费米大面积望远镜（费米-LAT）的发射开启了间接探测暗物质的关键时期。通过超出预期，第一次对弱相互作用大质量粒子（WIMP）的范式进行了强大而严格的测试。在本文中，我们讨论了天体物理目标的WIMP检测和他们所面临的挑战，审查的分析工具，已被用来解决这些挑战，并总结了状态的限制和声称的检测在WIMP参数空间。方法和结果将讨论比较成像空气切伦科夫望远镜。我们还对短期和长期发展进行了展望。
2015-11-06 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Probing the Local Velocity Distribution of WIMP Dark Matter with Directional Detectors
我们探索定向核反冲探测器的能力，约束弱相互作用大质量粒子（WIMP）暗物质的局部速度分布进行贝叶斯参数估计模拟反冲事件数据集。我们详细讨论了如何方向的信息，结合测量的反冲能谱，有助于打破退化的速度分布参数。我们还考虑了这样的可能性，即除了星系晕之外，还可能存在冷潮汐流或暗盘等速度结构。假设一个四氟化碳探测器与30千克年的曝光量，一个50 GeV的WIMP质量，和一个WIMP-核子自旋相关的横截面为0.001铅，我们表明，冷潮汐流的属性可能会受到很好的约束。然而，测量具有~50 km/s的低滞后速度的暗盘组件的参数可能是具有挑战性的，除非能量阈值得到改善。
2012-02-22 astro-ph.CO hep-ph
Direct Detection of WIMP Dark Matter: Concepts and Status
暗物质的存在被大量的间接观测所证实，这是一个最重要的迹象，表明一定存在超越粒子物理学标准模型的物理学。本文回顾了在地下实验室的超灵敏探测器中直接探测弱相互作用大质量粒子（WIMPs）形式的暗物质的概念，讨论了预期的特征，探测器概念，以及如何实现严格的低背景要求。最后，它总结了该领域的现状，并对未来几年进行了展望。
2019-07-04 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ph
Reconstructing WIMP Properties in Direct Detection Experiments Including Galactic Dark Matter Distribution Uncertainties
我们提出了一种新的方法来确定弱相互作用大质量粒子（WIMP）的性质，在未来的吨级直接检测实验，占银河系（MW）光滑暗物质分布的不确定性。使用合成数据的运动学MW晕星匹配目前的样本从斯隆数字巡天，补充当地逃逸速度的限制，我们证明，当地的暗物质密度可以被约束到约20%的精度。对于低质量的WIMP，我们发现，在假设的本地暗物质密度的两个错误的因素，导致严重偏置重建的WIMP自旋无关的截面是不正确的，在15西格玛水平。我们表明，这种偏见可以克服边缘化的参数，描述MW的潜力，并使用这种形式主义项目的WIMP性能在未来1吨氙探测器上达到的精度。我们的方法可以很容易地应用到不同的检测器技术，并扩展到更详细的MW晕模型。
2009-12-24 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
On Diurnal and Annual Variations of Directional Detection Rates of Dark Matter
对弱相互作用大质量粒子（WIMP）作为暗物质的方向敏感直接探测将提供暗物质（DM）的明确的非引力特征。由于地球自转引起的DM信号的日变化是银河系WIMP的重要特征。由于地球自转轴相对于WIMP风向的特定方向，在探测器上观测到的WIMP风的视向可以在一天内发生很大的变化。在这项工作中，我们计算了定向探测率与他们的日常和每年的调制在地球上的暗物质实验考虑的几何和动力学的地球太阳系统的详细特征，以及太阳在银河系的运动。本文还考虑了一种不同于通常的暗物质晕标准晕模型的晕模型，即暗盘模型，并对两种模型的结果进行了比较。我们证明了两种类型的气体探测器，即DRIFT（目标材料CS2）和NEWAGE（目标材料CF4），使用时间投影室技术测量反冲核的方向性的结果。计算了特定探测器的WIMP质量和反冲能对事件率日变化的依赖关系，并探讨了所考虑的探测器的质量和反冲能的敏感范围。
2012-04-13 astro-ph.CO hep-ph
Directional detection of Dark Matter with MIMAC: WIMP identification and track reconstruction
定向探测是一种很有前途的暗物质搜索策略。事实上，WIMP引起的反冲呈现出对天鹅座方向的依赖性，而背景引起的反冲在银河系静止框架中呈现出各向同性的分布。利用这些特征，甚至在一个相当大的背景的存在下，我们第一次显示的可能性，以约束的WIMP属性，无论是从粒子和星系晕物理，导致非重子暗物质的识别。然而，这样的结果需要高度精确的轨道重建，这应该是可达到的MIMAC检测器使用专用的读出结合反冲核的可能性分析。
2011-01-14 astro-ph.CO
Stringy WIMP Detection and Annihilation
我们计算了半真实相交D6膜模型的直接暗物质探测自旋无关和质子自旋相关截面。横截面进行比较，目前的暗物质直接探测实验的最新限制，以及未来的暗物质实验的预测结果。交叉D6膜模型的允许参数空间显示与所有当前的实验约束，包括那些区域满足WMAP和超临界弦宇宙学（SSC）的限制在宇宙中的暗物质密度。此外，我们计算的间接检测伽马射线通量产生的中性子湮灭的D6膜模型和比较通量的费米伽马射线空间望远镜的投影灵敏度。最后，我们计算的直接和间接的检测截面，以及伽马射线通量产生的WIMP湮灭的单参数模型进行比较，其中的单参数模型是一个高度约束的mSUGRA参数空间的子集，使软超对称破缺项的共同的高更诺质量的函数，这是常见的许多弦紧化。
2009-06-17 astro-ph.CO hep-ph hep-th
New Signatures of WIMPless Dark Matter
我们认为新的签名WIMP无暗物质，特别是那些可以用来测试模型与低暗物质质量。我们专注于在强子对撞机的检测前景，通过生产新的重QCD耦合粒子，衰减到无WIMP的暗物质加上喷流。我们发现，Tevatron可以探测低质量参数空间的一个重要部分，已经采取的数据，LHC将有更好的探测前景与其第一次物理运行。
2010-11-12 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
A systematic halo-independent analysis of direct detection data within the framework of Inelastic Dark Matter
本文在非弹性暗物质（IDM）的框架内，对现有的弱相互作用大质量粒子（WIMP）直接探测数据进行了系统的与晕无关的分析。我们表明，当我们的银河系的晕中的WIMP速度分布上的最小数量的假设，有可能找到的WIMP质量和IDM质量分裂的值之间的兼容性，目前的约束和任何三个实验声称看到DAMA，CDMS-Si和CRESST之间的WIMP过剩可以实现。
2014-08-26 astro-ph.CO
$Z'$ Mediated WIMPs: Dead, Dying, or Soon to be Detected?
虽然弱相互作用大质量粒子（WIMP）长期以来一直是我们宇宙中暗物质研究最多、理论上最有吸引力的候选者之一，但在直接探测和对撞机实验中缺乏对它们的探测已经开始抑制人们对这种范式的热情。在这项研究中，我们着手评估的状态WIMP范式，集中在暗物质候选人的情况下，通过一个新的规范玻色子与标准模型相互作用。在考虑了广泛的$Z'$介导的暗物质模型后，我们定量评估了被现有实验排除在外的参数空间的分数，预计将落入未来的直接检测实验的范围内。尽管存在严格的限制，我们发现，这个参数空间的一个相当大的部分仍然是可行的。更具体地说，如果暗物质是一个马约拉纳费米子，我们发现，在许多情况下，一阶分数的参数空间是未经测试的目前的实验。未来的直接探测实验的灵敏度接近不可约中微子地板将能够测试目前可行的参数空间的一个显着的部分，提供了相当大的动力，为下一代的直接探测实验。
2019-11-23 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Markov Chain Monte Carlo analysis to constrain Dark Matter properties with directional detection
定向探测是一种很有前途的暗物质搜索策略。事实上，弱相互作用大质量粒子（WIMP）引起的反冲将呈现出朝向天鹅座的方向依赖性，而背景引起的反冲在银河系静止坐标系中表现出各向同性的分布。利用这些特征，甚至在一个相当大的背景下，它最近已经表明，从即将到来的定向探测器的数据可能会导致一个竞争性的排斥或一个结论性的发现，这取决于WIMP-核子截面的值。然而，通过使用WIMP信号与WIMP质量和当地WIMP速度分布的强烈依赖性，可以进一步利用这些即将到来的数据。使用马尔可夫链蒙特卡罗分析反冲事件，我们第一次展示了约束未知的WIMP参数的可能性，无论是从粒子物理（质量和截面）和星系晕（沿三轴的速度色散），导致非重子暗物质的识别。
2011-04-01 astro-ph.CO
Discriminating WIMP-nucleus response functions in present and future XENON-like direct detection experiments
对暗物质的直接探测极限的标准解释涉及到对潜在的WIMP-核相互作用的特定假设，例如，在最简单的情况下，选择一个Helm形状因子，从现象学上描述了一个与自旋无关的同位旋相互作用。一般来说，暗物质与目标核的相互作用可能通过不同的机制进行，这将导致相应的原子核结构因子作为动量传递$q$的函数的不同形状。我们研究在何种程度上不同的WIMP核反应可以区分的基础上的$q$依赖性的结构因子（或“形状因子“）。我们假设一个整体的相互作用强度与目前的自旋无关的限制，并考虑相应的XENON 1 T样，XENONnT样，达尔文样的直接检测实验的曝光。我们发现，只要相互作用的强度不在于太多低于目前的限制，达尔文设置允许一个决定性的歧视许多不同的响应函数的基础上，他们的$q$的依赖性，直接的后果，阐明暗物质的性质。
2018-05-31 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Detection prospects for heavy WIMP dark matter around M31* in microwave band
Institute of Physics, University of Belgrade（贝尔格莱德大学物理研究所）
本研究分析在仙女座星系M31黑洞周围暗物质尖峰中，WIMP湮灭产生的微波同步辐射，并评估ALMA的探测能力，可探测质量达1 TeV的WIMP。
2026-09-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
WIMPs and stellar-mass primordial black holes are incompatible
我们最近表明，假设超紧凑的迷你晕与陡峭的密度分布不会形成在现实的模拟与增强的初始扰动。在本文中，我们假设一小部分的暗物质组成的原始黑洞（PBH）和模拟的形成结构周围。我们发现，在这种情况下，晕陡峭的密度剖面的形式，与理论预测一致。如果其余的暗物质由弱相互作用大质量粒子（WIMPs）组成，我们还表明这些晕最内部致密部分的WIMPs将湮灭并产生可检测的伽马射线信号。没有探测到这个信号意味着PBH最多只占暗物质的十亿分之一，前提是它们的质量大于太阳质量的百万分之一。类似地，探测到多光子带隙黑洞意味着剩余的暗物质不可能是弱相互作用粒子。
2019-08-15 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Planck-scale effects on WIMP dark matter
有一个广为人知的猜想，即引力效应违反了整体对称性。研究了普朗克尺度物理引起的高维算符的整体对称性破坏对WIMP暗物质性质的影响。使用一个有效的描述，我们表明，WIMP暗物质候选人的寿命可以满足宇宙学的界限，在合理的假设下，关于5维运营商的强度。另一方面，由于新的衰变通道，间接WIMP暗物质探测信号显著增强。
2013-12-20 astro-ph.CO hep-ph hep-th
The Diurnal Variation of the Wimp Detection Event Rates in Directional Experiments
最近的WMAP数据证实了奇异暗物质与真空能量（宇宙学常数）一起在扁平宇宙中占主导地位。现代粒子理论自然提供了质量在GeV-TeV范围内的可行冷暗物质候选者。超对称性提供了最轻的超对称粒子（LSP），额外维度的理论提供了最轻的卡鲁扎-克莱因粒子（LKP）等。暗物质的性质只能通过在实验室中直接检测来解开。所有这些候选者将被称为WIMPs（弱相互作用大质量粒子）。在任何情况下，直接的暗物质搜索，相当于探测反冲核，在它与WIMP碰撞之后，是粒子物理学和宇宙学的核心。在这项工作中，我们简要回顾了直接暗物质探测实验的相关理论要素，特别注意定向实验。也就是说，在这些实验中，不仅可以观察到反冲核的能量，而且还可以观察到反冲核的方向。由于观测方向相对于地球是固定的，而地球是绕着它的轴旋转的，定向实验将在一天中的不同时间对天空的不同部分进行采样。因此，由于在观察天空的不同部分时，事件发生率是不同的，因此在这样的实验中观察到的信号将表现出非常有趣和特征性的周期性日变化。
2009-12-16 astro-ph.CO
A review on the discovery reach of Dark Matter directional detection
对银河系暗物质的定向探测提供了一个独特的机会来识别弱相互作用大质量粒子（WIMP）事件。根据未知的WIMP-核子截面，定向探测可用于：排除暗物质，发现具有高意义的星系暗物质或限制WIMP和晕属性。本文综述了暗物质定向探测的发现范围。
2013-10-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Snowmass CF1 Summary: WIMP Dark Matter Direct Detection
作为Snowmass过程的一部分，宇宙前沿WIMP直接探测小组（CF1）借鉴了宇宙前沿和更广泛的粒子物理学社区的投入来制作这份文件。CF 1的任务是（a）总结全球WIMP直接探测实验的当前状态和预计灵敏度，（b）通过检查一系列WIMP模型来激发WIMP在广泛参数空间中的暗物质搜索，（c）建立社区共识关于探索该参数空间所需的实验计划类型，以及（d）确定实际实现这些目标所需的通用基础设施。
2013-11-03 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Perturbative Resonance in WIMP paradigm and its Cosmological Implications on Cosmic Reheating and Primordial Gravitational Wave Detection
在WIMP范式下研究了暗物质密度微扰和度规微扰的协同演化。而不是采用传统的假设，DM开始在热平衡，我们提出了一个简单的阶段DM生产的WIMP范式，并扩展我们的分析到这个阶段。由于不受热平衡包络的限制，在DM产生阶段，DM密度微扰与度规微扰标量模之间发生了放大的微扰共振，从而抑制了度规微扰的张量标量比。通过指定的宇宙背景与一个典型的实现宇宙再加热，我们建立了DM粒子质量$m_χ$和张量标量比$r$的WIMP范式，其中还包含两个再加热参数，再加热温度$T_{R_f}$和耗散常数$Γ_0$之间的关系。值得注意的是，对于WIMP候选者和宇宙再加热的相当大的参数区域，与通过假设DM开始于热平衡而获得的传统期望相比，该关系预测了更小的$r$值。一旦在未来的宇宙微波背景下原初引力波观测中测量到$r$的抑制，原则上可以用这个关系来约束$m_χ$、$T_{R_f}$和$Γ_0$。
2022-11-21 astro-ph.CO gr-qc
Dark matter in the solar system I: The distribution function of WIMPs at the Earth from solar capture
下一代暗物质（DM）直接探测实验和中微子望远镜将探测大片的暗物质参数空间。为了解释这些实验中的信号，有必要有一个好的模型，既有晕DM流通过太阳系和DM的人口绑定到太阳系。在本文中，第一个在一系列的三个DM在太阳系中，我们提出了模拟的轨道DM绑定到太阳系的太阳能捕获在一个玩具太阳系中只包括太阳和木星，假设DM由一个单一的物种的弱相互作用大质量粒子（WIMP）。我们描述了如何绑定的WIMP人口的大小取决于WIMP质量，自旋无关的截面，和自旋相关的截面。使用银河DM晕的标准描述，我们发现，与当前实验对WIMP-核子截面的限制一致，直接探测事件率的最大增强相对于来自晕WIMP的事件率< 1%，而来自地球中心WIMP湮灭的中微子的事件率不太可能满足下一代km^3大小的阈值。（IceCube，KM 3 NeT）中微子望远镜。
2009-02-09 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Accurate evaluation of hadronic uncertainties in spin-independent WIMP-nucleon scattering: Disentangling two- and three-flavor effects
我们展示了如何避免文献中关于软SU（3）味对称性破缺的不必要和不受控制的假设，以确定与直接检测WIMP相关的双味核子矩阵元。本文基于SU（2）手征微扰理论，给出了质子和中子标量耦合$f_u^{p,n}$和$f_d^{p,n}$的表达式，其中π-核子σ项是唯一的自由参数，可用于直接探测实验的分析。这种方法第一次允许在自旋无关的WIMP-核子散射的强子不确定性的准确评估和一个可靠的计算同位旋破坏的影响。我们发现，传统的测定$f_u^p-f_u^n$和$f_d^p-f_d^n$是由一个因素2。
2014-03-05 astro-ph.CO hep-lat hep-ph
