A new way to test the WIMP dark matter models
在本文中，我们研究了用最简单的唯象模型检验弱相互作用大质量粒子（WIMP）暗物质（DM）模型的可能性，该唯象模型在暗能量（DE）和WIMP DM之间引入了一个相互作用项，$Q = 3γ_{DM} Hρ_{DM}$。一般情况下，由于DE和WIMP DM之间的相互作用很弱，耦合强度$γ_{DE}$接近于$0$，因此$γ_ {DE}$对与DM能量密度相关的$Y$演化的影响可以忽略不计.同时，我们的数值计算还表明，$x_f\approx20$与DM冻结温度有关，这与消失相互作用情况相同。对于DM遗迹密度，将被放大$\frac{2-3γ_{DM}}{2}[{2πg_* m_{DM}^3}/{(45 s_0 x_f^3})]^{γ_{DM}}$倍，这为检验WIMP DM模型提供了新的途径。作为一个例子，我们分析的情况下，WIMP DM是一个标量DM。(SGL+SNe+Hz）和（CMB+BAO+SNe）的宇宙学观测将分别给出$γ_{DM}=0.134^{+0.17}_{-0.069}$和$γ_{DM}=-0.0008\pm0.0016$。在进一步考虑DM直接探测实验、DM间接探测实验和DM遗迹密度的约束后，我们发现对于前者，标量DM模型的允许参数空间将被完全排除，而对于后者，允许参数空间将增大。这两个宇宙学观测导致了一个几乎自相矛盾的结论。因此，随着在不久的将来更精确的宇宙学观测的积累，人们可以…
2021-08-05 astro-ph.CO hep-ph hep-th
A Non-thermal WIMP Miracle
只有引力强度耦合的光标量场通常存在于标准模型之外的紫外完备物理理论中。在早期宇宙中，这些场自然会主导能量密度，而它们随后的衰变，如果在BBN之前，通常会在它们的衰变产物中产生一些暗物质粒子。在本文中，我们观察到，一个非热的WIMP“奇迹”可能会导致：即，在最简单的宇宙学模量问题的解决方案，非热产生的WIMP可以自然地解释所观察到的暗物质遗迹密度。这样的解在弦论紧化中可能是通用的。
2009-09-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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
Imprint of inflationary gravitational waves and WIMP dark matter in pulsar timing array data
本研究探讨在“无奇迹WIMP”暗物质情景下，利用暴胀蓝移引力波解释脉冲星计时阵列信号，通过晚期熵稀释解决暗物质过度产生与宇宙学观测冲突，并拟合NANOGrav数据。
2024-02-05 astro-ph.CO hep-ph
Natural Phantom Crossing from Axion-WIMP Interactions
Laboratoire d’Annecy de Physique Théorique, CNRS–USMB（理论物理安纳西实验室，法国国家科学研究中心-萨瓦大学）；School of Physics, KIAS（韩国高等科学研究院物理学院）；Quantum Universe Center, KIAS（韩国高等科学研究院量子宇宙中心）；Department of Physics, LEPP, Cornell University（康奈尔大学应用和工程物理系）
该研究构建了由N种费米子及ℤ_N对称性关联的热DM与轴子DE相互作用模型，避免轴子势不稳定，实现无鬼场的晚期幻影穿越，给出类DESI解并探讨其对DM搜寻的意义。
2026-08-03 astro-ph.CO hep-ph
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
WIMP dark matter in bulk viscous non-standard cosmologies
本研究将含体粘滞场$\phi$的新型非标准宇宙学用于WIMP暗物质参数空间研究，发现了不同于经典图景的新搜寻区域，特定参数下可复现现有暗物质遗迹密度。
2024-09-25 astro-ph.CO hep-ph
WIMPs in Dilatonic Einstein Gauss-Bonnet Cosmology
本文利用 WIMP 热退耦及间接探测限制约束 dEGB 修改宇宙学，揭示其高温标量场动力学效应，并指出其与致密双星并合限制的互补性。
2023-08-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Superheavy dark matter through Higgs portal operators
WIMPzilla假说认为暗物质是一种超弱相互作用的超重粒子。传统上，WIMPzilla丰度由暴胀期间或结束时的引力粒子产生决定。在这项研究中，我们允许WIMPzilla通过希格斯门直接与标准模型场相互作用，并且我们计算了等离子体中希格斯玻色子对湮灭产生的WIMPzilla暗物质的热产生（冻结）。两个粒子物理模型参数是WIMPzilla质量和Higgs-WIMPzilla耦合。这两个宇宙学参数是再加热温度和膨胀结束时宇宙的膨胀率。我们划定的区域的参数空间，无论是重力或热生产占主导地位，在这些地区内，我们确定的参数，预测所观察到的暗物质遗迹丰度。允许热产生打开了参数空间，即使是普朗克抑制的希格斯-WIMPzilla相互作用。
2019-07-29 astro-ph.CO hep-ph
WIMPy Leptogenesis in Non-Standard Cosmologies
研究了在非标准宇宙学时期，由暗物质（DM）湮灭产生宇宙重子非对称性的可能性。考虑DM是弱相互作用质量粒子（WIMP）类型，研究了通过轻子生成途径产生重子非对称性的问题，其中WIMP DM湮灭产生非零轻子非对称性.采用最小粒子物理模型来实现这一点，随着非零轻中微子质量，我们考虑三种不同类型的非标准宇宙历史，即（i）快速膨胀的宇宙，（ii）早期物质统治和（iii）标量张量引力理论。通过求解适当的玻尔兹曼方程，结合这种非标准的历史，我们发现，允许的参数空间与DM遗迹和观察到的重子不对称性得到扩大的可能性，较低的DM质量在某些情况下。虽然这种较轻的DM可能会在直接搜索实验中面临进一步的审查，但非标准的epoch本身提供了互补的探针。
2023-03-05 astro-ph.CO hep-ph
Interplay of super-WIMP and freeze-in production of dark matter
非热化的暗物质是宇宙学上有效的替代弱相互作用大质量粒子的范例。对于暗物质属于$Z_2$ -奇数扇区，其中还包含一个热化介质粒子，暗物质的产生一般通过冻结和superWIMP机制进行。我们强调它们之间的相互作用，并强调在对撞机的长寿粒子的连接。对于一个显式的例子，有色的t-通道介质模型，我们映射出整个可访问的参数空间，角落的界限从大型强子对撞机，大爆炸核合成和莱曼α森林观测，分别。我们讨论了HL-和HE-LHC的前景。
2018-12-12 astro-ph.CO hep-ph
Axion as a non-WIMP dark matter candidate
轴子起源于粒子物理学标准模型的扩展，被认为是弱相互作用大质量粒子范式的替代，可以解释暗物质的性质。在这篇文章中，我们回顾了暗物质轴子的理论方面，特别是集中在最近的事态发展，估计其遗迹丰度。仔细研究它们在早期宇宙中的非热产生机制，揭示了解释观测到的各种质量范围的暗物质丰度的可能性。在各种宇宙学的情况下预测的质量范围进行了简要总结。
2018-01-29 astro-ph.CO hep-ph
Ruling out the light WIMP explanation of the galactic 511 keV line
在过去的几十年里，从银河系中心观测到了一条异常的511 keV伽马射线线。暗物质（DM）以轻的弱相互作用大质量粒子（WIMPs）的形式湮灭成电子-正电子对，一直是观测到的辐射的主要假设之一。考虑到所需的小截面，需要进一步耦合到较轻的颗粒以产生正确的残留物密度。在这里，我们从普朗克卫星上的轻WIMP，在早期宇宙中的中微子或电子部门处于平衡的约束。对于中微子部门，我们得到的WIMP质量的下限为4兆电子伏的一个真正的标量和10兆电子伏的狄拉克费米子DM粒子，在95%CL。对于电子部门，我们发现更强的界限7和11兆电子伏，分别。使用这些结果，我们表明，在没有额外的成分，如暗辐射，光热产生的WIMP解释的511千电子伏过剩是强烈不赞成的最新宇宙学数据。这表明一个未知的天体物理或更奇异的DM信号源。
2016-11-30 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological evolution of thermal relic particles in $f(R)$ gravity
通过考虑$f(R)$重力模型，宇宙演化相对于标准的$Λ$ CDM方案进行了修改。特别是，粒子的热历史的结果修改。在本文中，我们推导出的遗迹粒子（WIMPs）的演化假设一个可靠的$f(R)$宇宙学解决方案，并考虑到观测的限制。PAMELA实验的连接进行了讨论。结果与来自BICEP 2和普朗克实验的约束是一致的。
2015-09-20 astro-ph.CO
WIMP Dark Matter and Neutrino Mass from Peccei-Quinn Symmetry
Peccei-Quinn反常的整体U（1）_{PQ}对称性不仅对解决具有宇宙学相关轴子的强CP问题很重要，而且它可能是剩余Z_2对称性的起源。这种新的对称性可能是暗物质的第二个组成部分，它由绝对稳定的弱相互作用大质量粒子组成，也是产生辐射中微子质量的原因。提出了这一思想的两个具体实现。在这些情况下，暗物质检测保证在现有的直接检测实验或轴子搜索。在大型强子对撞机的观测信号进行了讨论。
2013-12-17 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
A 331 WIMPy Dark Radiation Model
最近的观测表明，早期宇宙中相对论自由度的数量可能超过标准宇宙学模型的预测。如果即使是一小部分的暗物质粒子，它们也可以在相对论性下产生，在遵守BBN，CMB和结构形成边界的同时，在物质辐射相等的情况下模仿超现实物种的效果。我们表明，这种情况是很自然地实现了一个弱尺度的暗物质粒子和一个高尺度的"母亲“粒子在一个动机良好的3-3-1规范模型，这是特别有趣的是一致的电弱精密测量，与最近的LHC结果，并提供了令人信服的解释的代数在标准模型。
2014-02-28 astro-ph.CO hep-ph
LHC SUSY and WIMP dark matter searches confront the string theory landscape
真空解的弦论图景使物理学家对宇宙学常数的大小有了一些了解。类似的推理可以应用于粒子物理学超对称模型中的软超对称破缺项的大小：似乎有一个统计上的大的软项，这是由弱标度的人为要求缓和躺在不太远~100 GeV。对于m_{soft} ^n（n = 1）的温和统计绘制（正如由于单个F项而导致的超对称破缺所预期的那样），那么轻希格斯质量优选为~125 GeV，而s粒子都被拉到LHC边界之外。我们面对各种各样的LHC和WIMP暗物质的搜索限制与统计期望从一个肥沃的补丁弦论景观。最终的结果是，大型强子对撞机和WIMP暗物质探测器准确地看到了弦论景观所期望的：一个质量为125 GeV的标准模型般的希格斯玻色子，但迄今还没有超粒子或WIMP暗物质的迹象。在LHC中，来自n = 1的超对称性最有可能出现在软反号双轻子加喷流加MET通道中。多吨惰性液体WIMP探测器应该能够完全探索n = 1景观参数空间。
2019-01-30 astro-ph.CO hep-ph
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
Whitepaper on Super-weakly Interacting Massive Particles for Snowmass 2013
弱相互作用大质量粒子（WIMPs）衰变后期产生的超弱相互作用大质量粒子在超对称参数空间和其他物理学框架的大范围内是普遍存在的，超越了标准模型。如果它们的质量与衰变中的WIMP相似，那么它们自然可以解释宇宙学上所有的暗物质丰度。它们的天体物理结果和对撞机特征与WIMP候选者截然不同。特别是，它们可以修改大爆炸核合成，扭曲宇宙微波背景，减少星系的子结构和降低低质量星系的中心密度。
2013-08-07 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
WIMP Meets ALP: Coherent Freeze-Out of Dark Matter
Cornell University（康奈尔大学）
本文研究了WIMP与ALP通过二次耦合相互作用的宇宙学历史，发现相干前向散射导致温度依赖的质量移位，改变了WIMP冻结和ALP不对称动态，提出了一种新的相干冻结机制。强温度下，WIMP热浴自发打破ALP势能对称性，使场移至新真空，从而降低WIMP有效质量并延迟其冻结。根据耦合强度，对称性恢复通过一级相变或交叉。在一级相变中，暗物质仅由WIMP组成，其延迟冻结允许湮灭截面比标准值高三个数量级，但仍产生正确 relic 密度。在交叉中，WIMP和ALP均可贡献暗物质。发现ALP奇迹：Planck 抑制的二次耦合使ALP丰度与观测暗物质密度相当，与初始位移和质量无关。
2026-04-28 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Constraints on Bose-Einstein-Condensed Scalar Field Dark Matter
尽管冷暗物质（CDM）成功地解释了大范围的观测，但暗物质的微观本质仍然是未知的。探测WIMP（最常研究的形式）的尝试尚未成功。有些预测甚至与观测结果明显矛盾（例如尖核晕和"卫星失踪问题"）。因此，必须考虑不同形式的清洁发展机制。我们专注于暗物质组成的超轻玻色子，形成一个玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC），由一个复杂的标量场描述，并解决克莱因-戈登和爱因斯坦场方程的弗里德曼-罗伯逊-沃克宇宙的发展。我们发现，除了辐射-，物质-和Λ-支配的阶段，标量场支配的早期阶段。此外，虽然WIMP CDM在其折叠后一直是非相对论性的，但BEC标量场暗物质（SFDM）在早期是相对论性的，从刚性演化到辐射状，然后在后期变为非相对论性（CDM状）。这些阶段之间的过渡时间产生对SFDM模型参数、粒子质量m和自相互作用耦合强度λ的基本约束。我们得到的粒子参数的范围，以匹配观测的不断发展的背景宇宙，包括CMB和BBN产生的轻元素的丰度，其特征在于N_eff，中微子物种的有效数量，和时代的物质辐射平等z_eq。这产生m>= 2.4 * 10 ^{-21} eV/c^2和9.5 * 10 ^{-19} eV ^{-1} cm^3 <= λ/（mc^2）^2 <= 4 * 10 ^{-17} eV ^{-1} cm^3。我们的模型适应目前的观察，其中N_eff在BBN高于z_eq，由CMB探测，否则无法解释的WIMP …
2014-10-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
(Non-)thermal production of WIMPs during kination
了解暗物质的本质是现代天体物理学和宇宙学面临的挑战之一。了解DM粒子的性质将有助于我们了解标准模型之外的物理学，甚至为我们提供早期宇宙的细节。事实上，探测到这样的遗迹将为我们带来大爆炸核合成（BBN）前时期的信息，这是一个我们没有数据的时代，甚至可能暗示暴胀物理学。在这项工作中，我们假设宇宙膨胀后的膨胀率是由一个标量场$ϕ$的动能，在所谓的“kination”模型。我们假设$ϕ$场衰变为辐射和DM粒子，我们将其视为弱相互作用大质量粒子（WIMPs）。然后，通过热“冻出”或“冻入”机制，或通过由$ϕ$的衰变控制的非热过程，在活化期间固定WIMP的当前丰度。我们探索这个理论的参数空间的要求，目前的WIMP丰度提供正确的DM遗迹预算。要求BBN发生在标准的宇宙学场景中，这就对点燃期结束的温度设定了限制。使用这个限制，并假设WIMP有一个质量$m_χ= 100\,$ GeV，我们得到的热平均WIMP湮灭截面必须满足的约束$4 \times 10^{-16}{\rm \,GeV^{-2}} \lesssim \langleσv\rangle \lesssim 2\times 10^{-5} {\rm \,GeV^{-2}}$，以便有至少一个的生产机制，以产生所观察到的DM量。这一结果显示了WIMP粒子的性质，如果被测量的话，可以产生关于宇宙前BBN含量的信息。
2018-10-04 astro-ph.CO hep-ph
Secluded WIMPs, QED with massive photons, and the galactic center gamma-ray excess
我们提出了一个孤立的WIMP暗物质模型，该模型由中性费米子作为暗物质候选者和Proca-Wentzel（PW）场作为介质组成。在我们考虑的模型中，暗物质WIMP与标准模型（SM）粒子的相互作用仅通过~ MeV --多GeV质量粒子的PW场。相互作用通过U（1）'介体V_INF'与超荷玻色子B_μ的动力学混合耦合到SM。我们的模型与文献中其他类似模型的一个重要区别是没有额外的单重标量，因此质量为M^2_V的参数与自发对称性破缺无关。这个基于QED的模型也是可重正化的。介体的质量尺度和单重标量的缺失可以导致有趣的天体物理特征。主要的湮没通道是不同于那些通常认为在以前的工作。我们表明，银河系中心区域的GeV能量的伽马射线过剩，来自费米-LAT伽马射线太空望远镜的数据，可以归因于这种隐蔽的暗物质WIMP，给定的模型参数是一致的宇宙学暗物质密度。隐蔽的WIMP模型也与建议的DM对宇宙射线反质子通量贡献的上限相一致。
2015-10-22 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
A new connection between WIMP dark matter and the hierarchy problem
King’s College London（伦敦国王学院）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Harvard University（哈佛大学）
本文提出WIMP暗物质质量与希格斯玻色子质量之间的临界联系，通过新物理机制解释暗物质的热 relic 丰度和真空稳定性。
2025-12-03 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Cosmoparticle physics of dark matter
超对称粒子和弱相互作用大质量粒子（WIMPs）的存在性尚未得到证实，这就需要扩展对暗物质物理性质的研究领域，包括非超对称和非WIMPs解。我们简要地讨论了一些这样的候选人在他们的关系，粒子对称性的扩展和对称性破缺模式的例子。我们指定的例子中的轴子粒子的非平凡的特征的宇宙学反射的结构和模式的Peccei-Quinn对称性破缺。直接和间接寻找暗物质的难题可以通过复合暗物质的途径得到解决。这种方法的优点和开放的问题进行了说明。我们注意到，对粒子模型的任何扩展的宇宙学后果的详细分析，提供了暗物质的候选者，不可避免地导致相应的宇宙学场景中的非标准特征。它使得有可能使用宇宙粒子物理学的方法来研究暗物质的物理性质，结合其物理，天体物理和宇宙学的签名。
2019-10-28 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Ultra-Light Pion and Baryon WIMPzilla Dark Matter
提出一种暗禁闭规范理论，以毫电荷超轻π介子（ULP）和重子同时实现超轻和超重暗物质范式，两者经暗QCD禁闭尺度联系，能解释暗物质密度并产生多样化密度分布。
2023-10-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
WMAP7 and future CMB constraints on annihilating dark matter: implications for GeV-scale WIMPs
我们计算了当前和未来的宇宙微波背景（CMB）测量对质量低于电弱标度的湮灭暗物质（DM）的约束：m_{DM} = 5 - 100 GeV。特别是，我们把我们的注意力集中在这个质量范围的低端，作为DM粒子与质量m_{DM}~10 GeV最近已被声称是一致的CoGeNT和DAMA/LIBRA的结果，同时也提供了可行的DM候选人来解释费米和WMAP雾的测量。（目的）研究CMB谱与粒子物理DM模型、大尺度结构形成和宇宙学不确定性的模型依赖性。我们试图找到一个简单而实用的配方，估计当前和未来的CMB边界上的广泛的一类DM湮灭模型。（结果）在所研究的DM质量范围内，DM湮没的CMB信号与DM晕的大尺度结构形成、分布和轮廓等宇宙学不确定性的细节无关。所有的DM湮灭粒子物理模型都可以用一个参数来描述，即DM湮灭过程中中微子带走的能量比例。作为主要结果，我们提供了一个简单而通用的计算轻WIMP湮灭截面的CMB约束的拟合公式。我们表明，热遗迹DM在CoGeNT，DAMA青睐的质量范围是在一个严重的冲突与目前的CMB数据的湮灭通道与中微子很少，肯定会被普朗克任务测试的所有可能的DM湮灭通道。此外，我们的发现强烈反对这样一种说法，即能量为m_{DM}~10 GeV、能量为$~9 × 10 ^{-25} cm ^{3} s ^{-1}的热残余DM湮灭可能是费米和WMAP雾的原因。<sigma_av>
2011-09-29 astro-ph.CO hep-ph
Identifying WIMP dark matter from particle and astroparticle data
确定暗物质性质的最有希望的策略之一是在加速器上寻找新粒子，并进行所谓的直接探测实验。在简化模型的框架内工作，并利用机器学习工具来加速统计推断，我们解决了我们可以从LHC的检测和即将到来的直接检测实验中了解暗物质的问题。我们表明，结合加速器和直接探测数据，有可能确定新发现的粒子为暗物质，通过重建它们的遗迹密度，假设它们是在早期宇宙中热产生的弱相互作用大质量粒子（WIMPs），并证明它与测量的暗物质丰度是一致的。这两个量之间的不一致性将指向暗区的额外物理，或者指向非标准宇宙学，其热历史与标准宇宙学模型的热历史有很大不同。
2018-05-03 astro-ph.CO hep-ph
WIMP Dark Matter from Gravitino Decays and Leptogenesis
B-L对称性的自发破缺通过跷跷板机制自然地解释了观测到的小中微子质量。最近我们证明，如果引力子是最轻的超粒子（LSP），超对称理论中B-L破缺的宇宙学实现可以成功地产生早期热宇宙的初始条件，即熵、重子不对称性和暗物质。这意味着中微子和超粒子质量之间的关系。在这里，我们将我们的分析扩展到非常重的引力子的情况下，它的动机是暗示在大型强子对撞机的希格斯玻色子。我们发现，非热生产的“纯”wino或higgsino LSP，即弱相互作用的大质量粒子（WIMPs），在重引力子衰变可以解释观测到的暗物质的量，同时履行的约束所施加的原始核合成和leptogenesis范围内的LSP，引力子和中微子的质量。例如，质量为0.05 eV的最轻中微子需要质量低于900 GeV的希格西诺和至少10 TeV的引力子。
2012-07-18 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
A dark matter disc in three cosmological simulations of Milky Way mass galaxies
对太阳邻域内暗物质的相空间分布进行稳健的预测对于暗物质直接探测实验至关重要。到目前为止，几乎所有这样的预测都是基于对暗物质单独建模的模拟。在这里，我们使用三个宇宙学流体动力学模拟明亮，盘占主导地位的星系，包括重子物质的影响自洽的第一次。我们发现，重子物理的加入大大改变了太阳附近的暗物质的轮廓。一个恒星/气体盘，已经在高红移的位置，导致合并的卫星优先被拖向盘平面，在那里它们被潮汐撕裂。这导致了一个吸积的暗物质盘，它贡献了太阳位置非旋转晕密度的0.25 - 1.5倍。与暗物质流不同，暗盘是一种平衡结构，必须存在于形成于等级宇宙学中的盘状星系中。它相对于地球的低旋转滞后显著增强了地球和太阳对WIMP的捕获，增强了年度调制信号，并导致通量随反冲能的变化，从而确定WIMP质量。
2010-05-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Multi-component Dark Matter and Small Scale Structure Formation
本文研究含WIMPs与轴子的多组分暗物质模型，通过Boltzmann方程追踪EMDE中的扰动演化，并结合间接探测约束分析轴子微团簇形成及WIMP遗迹密度。
2023-10-01 astro-ph.CO hep-ph
Cosmology
在这些讲座中，我们首先集中讨论宇宙学问题，希望这些问题与LHC将要探索的新物理学有关：暗物质的性质和起源以及物质-反物质不对称性的产生。我们给出了几个例子，显示LHC的宇宙学潜力。它们是作为冷暗物质的WIMP，作为暖暗物质的引力子，以及作为产生物质-反物质不对称性的机制的电弱重子生成。在讲座的其余部分，我们讨论了宇宙学扰动作为研究宇宙学演化的常规热阶段之前的时代的工具。
2015-04-14 astro-ph.CO
Cold Dark Matter in non-Standard Cosmologies, PAMELA, ATIC and Fermi LAT
我们考虑两个非标准的宇宙学模型，根据该模型，宇宙在标量场晚期衰变后被重新加热到一个较低的重新加热温度，或者在跟踪经典模型的背景下被经典场的动能所支配。在这两种情况下，我们计算的遗迹密度的\emph{Weakly Interacting Massive Particles}（WIMPs），并表明，它可以提高其在标准宇宙学的价值。通过调整低再加热或典型方案的参数，宇宙中冷的暗物质丰度可以与大的湮灭截面乘以WIMP速度的值相兼容。利用这些值，并假设WIMP主要湮灭为$e^+e^-$、$μ^+μ^-$或$τ^+τ^-$，我们计算了$e^\pm$宇宙线的感生通量，并拟合了PAMELA和ATIC或Fermi LAT的当前数据。我们实现了相当好的拟合，特别是PAMELA和费米-LAT数据结合的宇宙微波背景产生的限制，只要WIMP湮灭主要是$μ^+μ^-$的边缘履行。在这两种非标准温度下，到传统辐射主导时代所需的转变温度都低于约$0.7 \GeV$。在低再加热的情况下，一个可观的非热贡献的WIMP遗迹密度也是必要的。
2010-02-24 astro-ph.CO hep-ph
Top-philic dark matter within and beyond the WIMP paradigm
我们提出了一个全面的分析，通过一个彩色的t-通道介质的顶部嗜马约拉纳暗物质相互作用。尽管简单的模型-只引入三个参数-它提供了一个非常丰富的现象学，使我们能够适应文物密度的耦合强度跨越六个数量级的大范围。这个模型的特点是所有“特殊”机制的暗物质冻结，包括最近发现的转换驱动的冻结模式，有趣的签名长寿命的有色粒子在对撞机。我们约束宇宙学允许的参数空间与当前的实验限制，从直接，间接和对撞机的搜索，特别强调轻暗物质下面的最高质量。特别是，我们探讨了从氙1 T，费米-LAT和AMS-02的限制，以及从停止，单喷流和希格斯不可见的衰变搜索在大型强子对撞机的限制之间的相互作用。我们发现，几个盲点轻暗物质逃避电流的限制。在参数空间中，由转换驱动的冻结机制设定的遗迹密度的区域可以通过在LHC上用300\，fb $^{-1}$进行的R强子搜索来最终检验。
2018-04-27 astro-ph.CO hep-ph
WIMP DM and first stars: suppression of fragmentation in primordial star formation
我们提出了第一个三维模拟，包括暗物质湮灭反馈的影响，在崩溃的原始迷你晕。我们开始我们的模拟从宇宙学的初始条件和帐户的暗物质湮灭在我们的治疗的化学和热演化的气体。该暗物质是使用响应于峰值气体密度变化的分析密度分布来建模的。我们发现，尽管有额外的能量输入的暗物质的气体可以坍缩到高密度。在我们的模拟中，没有纯粹由暗物质湮灭加热支持的物体形成。然而，我们发现暗物质湮灭加热对第一颗原恒星形成后气体的演化有很大的影响。先前没有暗物质湮灭的模拟发现，第三星族恒星周围的原恒星盘迅速碎裂，形成多个经历合并或喷射的原恒星。然而，当包括暗物质湮灭时，这些圆盘变得稳定到1000 AU或更大的半径。在发生碎片化的情况下，形成的是宽二进制。
2012-12-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
Spatial extension of dark subhalos as seen by Fermi-LAT and implications for WIMP constraints
空间扩展被誉为伽马射线搜寻黑暗星系晕的“冒烟的枪”，这将成为伽马射线望远镜无法识别的来源。在这项工作中，我们研究的费米-LAT扩展subhalos使用模拟数据的基础上，一个现实的天空模型的敏感性。我们模拟一组代表性的subhalos，其参数来自我们以前的工作与N体宇宙学模拟数据的空间模板。我们发现，检测扩展的subhalo和找到一个明确的信号的角度扩展需要，分别是一个点样源的情况下，2至10倍以上的通量。通过研究一个大的网格模型，如WIMP质量，湮没通道或subhalo模型的参数变化显着，我们得到的LAT的响应作为产品的湮没截面倍的J-因子的函数。事实上，我们表明，空间扩展可以用作一个额外的过滤器，拒绝subhalos候选人之间的池不明LAT源，以及一个“吸烟枪”的积极识别。例如，对于所考虑的场景，期望十分之几度的典型角度扩展。最后，我们还研究了所获得的LAT对这种扩展晕圈的敏感性对可实现的暗物质约束的影响，这些约束比可比的点源限制少几倍。
2022-04-01 astro-ph.CO astro-ph.HE
Comment on "Kinetic decoupling of WIMPs: Analytic expressions"
Visinelli和Gondolo（2015，以下简称VG 15）在一般宇宙学模型中推导出了暗物质温度演化的解析表达式。然后，他们计算了暗物质动力学退耦温度$T_{\mathrm{kd}}$，并将他们的结果与Gelmini和Gondolo（2008，以下简称GG 08）在早期物质主导时代（EMDE）对$T_{\mathrm{kd}}$的计算进行了比较，EMDE发生在宇宙被大爆炸核合成之前的衰减振荡标量场或半稳定的大质量粒子主导的时候。VG 15发现暗物质在EMDE中的膨胀温度低于辐射主导时代，而GG 08发现暗物质在EMDE中的膨胀温度高于辐射主导时代。VG 15将这种差异归因于匹配常数的存在，该常数确保了暗物质温度在从EMDE过渡到随后的辐射主导时代期间是连续的，并得出结论，GG 08的结果是不正确的。我们表明，差异是由于这样一个事实，即VG 15比较$T_\mathrm{kd}$在EMDE的辐射主导的宇宙，将导致在相同的暗物质温度在后期的去耦温度。由于在EMDE期间退耦使暗物质比在辐射支配期间退耦时更冷，因此这个温度比标准热历史中的$T_\mathrm{kd}$高得多，而标准热历史中的$T_\mathrm{kd}$确实比EMDE中的$T_{\mathrm{kd}}$低，如GG 08所述。
2017-07-11 astro-ph.CO
Cosmological constant, inflation and no-cloning theorem
从不可克隆定理的角度出发，我们假设了宇宙当前的加速膨胀与极早期宇宙的暴胀膨胀之间的关系。这意味着我们宇宙的命运应该处于加速膨胀的状态。定量地，我们发现，无克隆定理导致一个下限的宇宙学常数，这是兼容的观察。
2012-04-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Dark matter subhalos and unidentified sources in the Fermi 3FGL source catalog
如果暗物质是由弱相互作用的大质量粒子（WIMP）组成，那么银河系中的暗物质暗晕就可以被探测到，因为WIMP湮灭了。在这项工作中，我们进行了最新的研究的暗物质subhalos作为伽马射线源的费米大面积望远镜（费米LAT）的可探测性。我们使用Via Lactea II模拟的结果，缩放到普朗克2015宇宙学参数，来预测局部暗物质的次晕分布。根据WIMP参数的乐观假设-一个40 GeV的粒子湮灭到具有热截面的$b\bar{b}$，这是解释银河系中心GeV过剩所必需的-我们预测，最多$\sim 10$ subhalos可能存在于第三费米LAT源目录（3FGL）中。这是一个较小的数字比先前的研究预测，我们讨论了这种差异的起源。我们还比较了我们的预测subhalos的可探测性与subhalo候选源的数量在3FGL，并推导出上限的WIMP湮灭截面作为粒子质量的函数。如果暗物质的解释可以排除所有的3FGL源，我们的限制将是竞争对手的间接搜索使用其他目标，如已知的银河系卫星星系。
2016-01-25 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmic microwave background constraints on light dark matter candidates
揭示宇宙暗物质（DM）的本质是宇宙学中的一个迫切问题。在这里，我们使用的策略的基础上寻找留下的印记的宇宙微波背景温度和偏振光谱的能量沉积由于湮灭的最有前途的暗物质的候选人，一个稳定的WIMP的质量1-20 GeV。相对于以前类似的研究的一个重大改进是湮灭级联及其在宇宙气体中的能量沉积的详细处理。这是至关重要的，因为这个量随着湮灭截面<σv>而简并。最强的约束条件是从蒙特卡洛马尔可夫链分析的组合WMAP 7和SPT数据集高达lmax = 3100。如果湮灭是通过e+e-通道发生的，则可以在2 σ c.l.处排除轻WIMP。作为上述质量范围内可行的DM候选物。然而，如果湮灭发生在μ+μ或τ+τ通道，我们发现质量> 5 GeV的WIMP可能代表一个可行的宇宙学DM候选者。我们比较了目前的工作中所获得的结果与那些采用的分析简化模型的能量沉积过程中广泛使用的文献中，我们发现，现实的能量沉积描述可以影响所得到的约束高达60%。
2013-07-01 astro-ph.CO
Dark Matter Studies Entrain Nuclear Physics
我们回顾了理论上动机良好的暗物质候选人，和他们的发现途径，在最近的结果从对撞机物理学，天体物理学和宇宙学。总的来说，这些鼓励了对可能的暗物质候选者进行更广泛的思考-暗物质不一定是由“WIMP”组成的，即，具有弱尺度质量和相互作用的基本粒子。专门用于核物理的设施已经准备好研究某些非WIMP模型。与此同时，观测宇宙学的发展允许探测早期的相对论性能量密度，从而提供了新的方法来约束暗物质模型，前提是核物理学的输入是足够众所周知的。加速器，天体物理学和宇宙学的约束正在出现的汇合允许搜索暗物质候选者在更大的范围内的质量和相互作用强度比迄今为止可能的。
2013-03-19 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Neutralino Dark Matter in Scenarios with Early Matter Domination
我们调查的生产中性伴暗物质在宇宙学的情况下，具有早期的物质占主导地位的时代结束在一个相对较低的再加热温度。在这种情况下，不同的弱相互作用大质量粒子（WIMPs）的生产机制，除了充分研究的热生产，可能是重要的。这开辟了新的参数空间区域，最轻的中性伴子，作为最著名的超对称（SUSY）WIMP，获得所需的遗迹丰度。这些新的参数组中的许多也与来自对撞机以及直接和间接WIMP搜索的当前限制兼容。特别是，在标准宇宙学bino-like中性伴子，自然出现的最轻的中性伴子在许多模型中，可以有所需的遗物密度，只有在一些微调区域的参数空间，有效的湮灭截面增强的共同湮灭或$s-$通道极点。相反，如果宇宙的能量密度由长寿命的PeV尺度粒子（例如模场或Polonyi场）主导，则类比诺中性伴子可以在超对称参数空间的宽区域内获得所需的遗迹密度。我们确定了有趣的范围内的重长寿命粒子的质量和衰变特性，仔细治疗的热背景的温度的演变。
2018-12-16 astro-ph.CO hep-ph
KiDS-Legacy: WIMP dark matter constraints from the cross-correlation of weak lensing and Fermi-LAT gamma rays
Ruhr University Bochum（鲁尔大学波鸿分校）；Graduate School of Science, Nagoya University（名古屋大学理学研究科）；Institute for Particle Physics and Astrophysics, ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院粒子物理与天体物理研究所）；Newcastle University（纽卡斯尔大学）；University of Oxford（牛津大学）；CNRS & Sorbonne Université, Institut d’Astrophysique de Paris (IAP)（法国国家科学研究中心与索邦大学，巴黎天体物理学研究所）；Center for Theoretical Physics, Polish Academy of Science（波兰科学院理论物理中心）
通过分析KiDS-Legacy弱透镜剪切与Fermi-LAT未分辨伽马射线背景的互相关，未探测到显著信号，从而给出WIMP暗物质衰变率和湮灭截面的95%上限，并预测未来Euclid巡天可将约束提升约2倍。
2026-01-19 astro-ph.CO astro-ph.HE
Dark matter searches
现代物理学的主要挑战之一是破译暗物质的本质。天体物理学观测提供了充足的证据，证明在可观测宇宙中存在着不可见且占主导地位的质量成分，从星系尺度到最大的宇宙学尺度。暗物质可能由新的、尚未发现的基本粒子组成，其允许质量和与正常物质的相互作用强度跨越了一个巨大的范围。在早期宇宙中以非热方式产生的轴子，以及在热平衡状态下冻结的具有与观测结果相匹配的残余密度的弱相互作用大质量粒子（WIMP），代表了两种动机良好的一般类别的暗物质候选者。暗物质轴子可以通过利用它们与两个光子的预测耦合来检测，其中最高灵敏度是通过使用被强磁场渗透的微波腔的实验来达到的。WIMP可以通过地下超低背景探测器中原子核的散射直接观察到，或者通过它们配对湮灭时产生的二次辐射间接观察到。它们也可以在粒子对撞机（如LHC）中产生，在那里可以检测到在同一过程中产生的相关粒子。在简要的动机和介绍粒子暗物质探测的现象学之后，我将讨论最有前途的实验技术来搜索轴子和WIMP，解决它们当前和未来的科学范围，以及它们的互补性。
2015-09-02 astro-ph.CO hep-ph
A review of the discovery reach of directional Dark Matter detection
宇宙学观测表明宇宙中的大部分物质是暗物质。弱相互作用大质量粒子（WIMPs）形式的暗物质可以通过其在目标核上的弹性散射直接被探测到。目前大多数直接探测实验只测量反冲核的能量。然而，定向探测实验对核反冲的方向也很敏感。由于太阳相对于银河系静止坐标系的运动，方向反冲率具有偶极特征，在太阳运动方向附近达到峰值。这为证明核反冲的银河起源提供了一个强有力的工具，从而明确地探测到暗物质。此外，定向反冲分布取决于WIMP的质量，散射截面和当地的速度分布。因此，有了大量的反冲事件，就有可能从粒子和天体物理性质的角度研究暗物质的物理学。我们审查的潜在的定向探测器检测和表征WIMP。
2016-03-17 astro-ph.CO hep-ph physics.ins-det
Cosmological fluid dynamics in the Schrödinger formalism
我们研究宇宙学暗物质流体的薛定谔公式的动力学，寻求评估的方法作为一个潜在的工具，理论家。我们发现简单的波动力学解的方程的宇宙均匀背景演化的暗物质字段，并使用它们来获得一个分段的解析解的演化补偿球形过密度。我们从“量子力学”的观点分析了这个解，并建立了波函数所满足的正确的边界条件。利用多粒子量子力学的方法，建立了多流体系统的演化方程，并进行了数值求解。我们的研究结果建立了薛定谔公式的可行性，作为一个真正的替代标准方法在某些情况下，和一种新的方式来模拟多种流体。
2009-04-03 astro-ph.CO
Cosmological Limits on Hidden Sector Dark Matter
我们探讨了模型独立的约束，从宇宙学上的暗物质粒子没有突出的标准模型相互作用，相互作用和热化与其他粒子在一个隐藏的部门。在没有详细说明隐藏扇区粒子物理的情况下，我们通过隐藏扇区与可见扇区的湮灭截面、质量和温度比来表征相关物理。虽然包含了标准的冷WIMP场景，我们不要求冻结过程是非相对论的。相反，当暗物质粒子是半相对论性或相对论性时，也可能发生冻结。通过求解玻尔兹曼方程，我们得到了暗物质的隐藏扇区暗物质满足暗物质相空间密度的Tübere-Gunn约束，以及暗物质功率谱具有与宇宙学约束一致的自由流长度的条件.我们表明，质量<1.5千电子伏的参数空间没有区域满足所有这些约束。这是一个引力介导的暗物质质量的下限，适用于任何模型，其中暗物质的主要成分曾经有过有效的相互作用-即使它从未与标准模型平衡。
2011-11-18 astro-ph.CO hep-ph
DarkSUSY 6 : An Advanced Tool to Compute Dark Matter Properties Numerically
暗物质的本质仍然是科学界的关键问题之一。弱相互作用大质量粒子（WIMPs）是最有动力的粒子物理候选者之一，可以通过使用标准的大爆炸热力学来解释测量的暗物质密度。我们在这里介绍一个全新的版本的广泛使用的DarkSUSY包，它允许计算这样的暗物质粒子的属性数值。使用DarkSUSY 6，人们可以准确地预测来自暗物质的大量天体物理信号，例如低背景计数实验中的直接探测率和来自星系晕的反质子、反氘核、伽马射线和正电子的间接探测信号，或者来自地球或太阳中心的高能中微子。对于像WIMP这样的热产生的暗物质，高精度的工具可以用来计算今天宇宙中的遗迹密度，以及最小的暗物质原晕的大小。此外，该代码允许计算暗物质自相互作用率，这可能会影响小宇宙尺度下暗物质的分布。与早期版本相比，DarkSUSY 6引入了许多重要的物理改进和扩展。然而，这个版本最基本的新特性是代码已经完全重新组织，并变成了高度模块化和灵活的形状。因此，在不同的预先实现的暗物质候选者之间切换变得直截了当，就像添加新的WIMP或非WIMP粒子模型或以完全用户指定的方式替换任何给定的功能一样。在这篇文章中，我们描述了计算机包背后的物理学，以及DarkSUSY的主要修订版的主要结构和哲学。详细的手册与公开发布一起提供在www.darksusy.org上。
2018-08-24 astro-ph.CO hep-ph
Gamma-rays from Dark Showers with Twin Higgs Models
我们考虑一个孪生弱相互作用方案，其孪生扇区包含一个完整的黑暗副本的SM强子，其中最轻的孪生粒子是孪生π介子。通过类比标准的WIMP范式，暗物质（DM）通过双电弱相互作用冻结出来，并湮灭成一个黑暗的轻双强子簇。它们要么是稳定的，要么主要衰变为标准模型（SM）光子。我们表明，这种“强子对称”的情况下，可以与所有适用的天体物理，宇宙学和对撞机的约束。为了在大爆炸核合成时期之前衰变孪生强子，需要在SM和孪生扇区之间增加一个入口。在大多数情况下，我们发现这个额外的介质是在大型强子对撞机或未来的强度前沿实验的范围内。此外，我们进行模拟的暗簇射和随之而来的光子光谱。我们发现，适合这些光谱的要求银河系中心的伽马射线过剩看到费米-LAT非平凡的参数空间区域，既成功地产生所观察到的DM丰度，并表现出最小的微调相一致。
2016-05-19 astro-ph.CO hep-ph
Searches for Particle Dark Matter with gamma-rays
在这篇文章中，我回顾了目前的状况，并讨论了一些前景的间接探测暗物质与伽马射线。由于费米大面积望远镜，伽马射线的搜索已经达到了灵敏度，可以探测弱相互作用大质量粒子（WIMP）范式中最有趣的参数空间。这种灵敏度的提高自然伴随着许多探测声明或迹象，最近的一次是在银河系中心的$\sim$ 130 GeV的暗物质粒子质量上的线特征的声明，这一声明需要费米-LAT合作和其他实验的证实，例如HESS II或计划中的伽马-400卫星。对下一代空气切伦科夫望远镜，切伦科夫望远镜阵列（CTA）的预测，以及对未来费米-LAT约束的预测，得出了令人兴奋的可能性，即宇宙学基准截面可以从几个GeV到几个TeV的质量进行探测。因此，不检测将对WIMP范式构成挑战，但达到的灵敏度也意味着-乐观地-检测是在卡中。
2012-10-16 astro-ph.CO hep-ph
Simple Hidden Sector Dark Matter
一个隐藏的部门，动力学混合与最小超对称标准模型提供了简单和动机良好的暗物质候选人，拥有许多传统的弱相互作用大质量粒子（WIMP）的属性。这些超对称结构也可以为暗物质为什么处于弱尺度提供一个自然的解释--即使它位于一个隐藏的扇区。在隐藏扇区中，对称性破缺的自然模式通常使粒子及其超伴体处于相同的质量尺度，为各种宇宙历史和复杂的间接探测特征提供了新的可能性。
2020-03-30 astro-ph.CO hep-ph
Anatomy of Eddington-like inversion methods in the context of dark matter searches
无论暗物质（DM）的候选人，几个潜在的可观察到的签名来自晕，特别是在银河系（MW）晕DM的速度分布。例子包括直接搜索弱相互作用的大质量粒子（WIMP），$p$波抑制或Sommerdom增强的湮灭信号，原始黑洞（PBH）的微透镜事件，{ \em等}。目前大多数预言都是基于麦克斯韦近似，这不仅在有界系统中理论上不一致，而且也没有得到宇宙学模拟的支持。在直接WIMP搜索的计算中，有时会使用一种更一致的方法，即所谓的爱丁顿反演方法，该方法将DM相空间分布函数（DF）与其质量密度分布和系统的总引力势联系起来。这种方法最初建立在各向同性假设的基础上，可以扩展到各向异性系统。我们调查这些反演方法的背景下，银河DM搜索，动机的事实，MW是一个强约束系统，应该更是如此与正在进行的盖亚调查。我们仍然得出适用于一般情况的结论。特别是，我们说明了如何忽略DM晕的径向边界导致理论上的不一致。我们还表明，几个现实的配置DM晕和MW重子内容需要不明确的DF，显着限制这些反演方法可以应用的配置空间。我们对这些问题提出了一致的解决方案。最后，我们计算了几个观测推断从约束银河系质量模型相关DM搜索（WIMP或PBH），{ \em例如}。DM速度和相对速度分布的矩和反矩。
2018-09-27 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
