Known Unknowns of Dark Matter Annihilation over Cosmic Time
暗物质的自我湮灭有望成为确定宇宙质量缺失的粒子的最强大机制之一。在这项工作中，我研究的演变的暗物质湮灭权力产生的平滑和坍塌的结构在宇宙时间，考虑到暗物质晕结构的不确定性。当我们寻找湮灭的观测特征时，对这种时间演化的理解将有助于我们最好地指导我们的观测工作，无论是局部测量还是调查湮灭对高红移星系际介质的影响。正如我在这项工作中所展示的，在我们从坍塌结构中估计暗物质湮灭的能力中有几个关键的不确定性来源，包括：暗物质晕的密度分布;暗物质晕质量函数的小尺度截止;小晕的红移依赖的质量浓度关系;以及暗物质湮灭过程的粒子速度依赖性。对这些量的不同假设可能导致湮灭功率预测相差几个数量级。这些不确定性必须解决，通过观测和建模相结合，在宇宙学湮灭信号的鲁棒估计可以。
2014-01-21 astro-ph.CO
Structure Formation Constraints on Sommerfeld-Enhanced Dark Matter Annihilation
我们研究宇宙结构的增长的假设下，暗物质自我湮灭的平均截面倍的相对速度的比例因子的增长，增加被称为Sommerd-enhancement。在暗区的轻力载体增强了暗物质粒子湮灭的截面的模型中，这种演化是可以预期的，并且已经被调用，例如，解释过去报道的宇宙射线光谱中的异常。为了使我们的结果尽可能具有一般性，我们假设暗物质湮灭成一个相对论性的物种，只与标准模型的引力相互作用。这一假设也使我们能够测试宇宙微波背景数据所支持的额外相对论性物质是否来自于暗物质湮灭。我们没有找到证据的索末菲增强暗物质湮灭，并得出相应的上限的湮灭截面。
2012-10-10 astro-ph.CO
Classification of gamma-ray targets for velocity-dependent and subhalo-boosted dark-matter annihilation
伽马射线观测长期以来一直被用来限制暗物质（DM）的性质，重点关注通过速度无关过程的弱相互作用大质量粒子湮灭。然而，在最简单的候选人没有明确的观测证据，社区的兴趣在更复杂的DM方案涉及速度依赖的横截面一直在稳步增长，在过去的几年里。本文首次系统地研究了速度依赖的DM湮灭（特别是$p$波湮灭和Sommerfeld增强）在各种天体中的作用，这些天体不仅包括已被广泛研究的银河系矮卫星星系，还包括附近的矮不规则星系和本地星系团。特别注意速度依赖性和DM晕子结构之间的相互作用。晕质量，相空间和子结构建模相关的Underwater也讨论了在这个速度依赖的上下文中。我们发现，$s$波湮灭，极大的subhalo助推因子是预期的，高达$10^{11}$在集群和高达$10^6-10^7$在矮星系的subhalos通常被认为不发挥重要作用。$p$波湮灭的增强因子较小，但仍然可以达到团簇中的$10^3$。DM信号的角度扩展也受到显著影响，例如，在$s$波情况下，簇典型发射半径增加了10倍。我们还计算了我们的样本中的对象相对于银河系晕中发生的湮灭的信号对比度。总的来说，我们发现，最亮的目标之间的层次结构取决于假设的粒子物理模型的具体细节。
2022-10-10 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Capture and Annihilation of Dark Matter in Milky Way Globular Clusters
由于捕获分数的数值评估中存在严重错误，论文已被撤回。
2010-02-12 astro-ph.CO
(In)Direct Detection of Boosted Dark Matter
我们提出了一个新的多组分暗物质模型，一个新的实验签名，模仿中微子探测器的中性电流相互作用。在我们的模型中，暗物质由两个粒子组成，一个较重的主导成分湮灭产生一个增强的较轻成分，我们称之为增强的暗物质。较轻的成分是相对论性的，在中微子实验中散射电子产生切伦科夫光。该模型结合了间接检测的主导成分的直接检测的增强暗物质。方向性可以用来区分大气中微子背景中的暗物质信号。我们讨论了参数空间在当前和未来实验中的可行区域。
2015-12-11 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Constraints on Dark Matter annihilation and Its Equation of State after Planck Data
本文利用现有的宇宙观测资料，包括几何和动力学测量，研究了具有非零状态方程$w_{dm}$的暗物质$f_dε_0$的湮灭。约束结果表明它们是反相关的，在$1σ$区域分别为$w_{dm}=0.000390_{-0.000753}^{+0.000754}$和$f_dε_0=1.172_{-1.172}^{+0.243}$。在考虑了暗物质湮灭的可能性后，在$1σ$区域没有发现与$Λ$ CDM模型的显著偏离。
2013-12-17 astro-ph.CO
Relaxing constraints on dark matter annihilation
热暗物质粒子的残余丰度通常被认为与它们的湮灭率成反比，因此湮灭率受到当前物质密度的限制，<sigma v>约为10^{-26} Omega_{dm} ^{-1} cm ^3 sec^{-1}。在这里，我们指出，低得多的值<sigma v>是可能的重暗物质候选人（m < 10 TeV）耦合到其他粒子物种通过电弱力。在重暗物质粒子存在的情况下，早期宇宙可能会按照下面的方案演化。在早期进入物质主导阶段后，暗物质粒子形成自引力微晕。暗物质粒子与周围辐射场的碰撞相互作用最终导致微晕重力热坍缩和大多数暗物质粒子的湮灭。对于足够重的暗物质候选者（m < 10 TeV），宇宙可以回到核合成之前的辐射主导阶段，然后遵循“标准”方案。
2010-01-06 astro-ph.CO
Boosted dark matter from a phantom fluid
本研究提出幻影暗能量场的真空衰变可产生增强暗物质或暗辐射，并利用 XENONnT 数据约束模型，同时解释 DAMIC 的超出事件。
2023-12-09 astro-ph.CO hep-ph
(In)direct Detection of Boosted Dark Matter
我们开始研究新的热暗物质（DM）的情况下，目前的湮灭DM在银河系中心产生的推动稳定的粒子在黑暗的部门。这些稳定的粒子通常是次显性DM成分，但由于它们在这个过程中产生了很大的洛伦兹增强，它们可以通过与电子或原子核的中性电流相互作用在大体积的地球实验中被检测到。因此，这种新的DM信号结合了与间接探测实验（即银河DM湮灭）相关的产生机制和与直接探测实验（即DM散射离开地面目标）相关的探测机制。这样的过程一般存在于多组件DM的情况下，或与非最小DM稳定对称性。作为一个概念的证明，我们提出了一个模型的两个组件的热遗迹DM，占主导地位的重DM物种没有树级的相互作用与标准模型，从而在很大程度上逃避直接和间接DM的界限。相反，它的热遗迹丰度是由湮灭成一个次主导的轻DM物种，后者可以通过今天发生的相同的湮灭过程中检测到的升压通道。特别是在10 MeV-10 GeV范围内的暗区质量，最有希望的信号是指向银河系中心的电子散射事件。这些可以在中微子物理学或质子衰变实验中检测到，特别是Super-K及其升级的Hyper-K，以及IceCube的PINDU/MICA扩展。这种增强的DM现象突出了来自非最小暗扇区的可能的独特签名。
2014-12-31 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Direct detection of boosted dark matter in two component dark matter scenario
本研究针对含隐藏$U(1)_D$对称性的双组分暗物质模型，探究银心重暗物质湮灭助推轻暗物质的探测问题，提出利用NEWSdm等定向直接探测实验检验该场景，算出5千克探测器年预期事例率最高达O(10)个。
2024-12-13 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Cosmic Ray Boosted Sub-GeV Gravitationally Interacting Dark Matter in Direct Detection
到目前为止，对大质量暗物质（DM）与可见扇区的非引力相互作用的探测结果是零。DM只能通过引力相互作用与普通物质联系。此外，大多数传统的直接探测器由于反冲能量小，对光DM的灵敏度较差。由于高能宇宙射线（CR），光DM可以通过用CR散射而增强，并且因此可以在正在进行的实验中检测到。在这项工作中，我们推导出的宇宙线助推的sub-GeV DM与引力介质从Xenon 1 T数据的排斥限制。事实证明，目前的数据可以排除这样一个宇宙射线增强DM的相当大的区域。
2020-11-04 astro-ph.CO hep-ph
Boosted dark matter from diffuse supernova neutrinos
XENON合作最近报道了在低能量区域中的电子反冲事件，其意义约为$3.3σ$。用热暗物质来解释这种过剩似乎很有挑战性。我们提出了一个方案，银河系晕中的暗物质得到提升，作为散射的结果与弥漫的超新星中微子背景。这种相互作用可以将暗物质加速到半相对论速度，而这种通量反过来可以与探测器中的电子散射，从而提供更好的数据拟合。我们确定的暗物质质量和相互作用截面满足过剩的参数空间中的区域。此外，考虑到只有数据的假设，我们还施加界限的暗物质散射截面，这是竞争与其他实验的界限。
2022-03-03 astro-ph.CO hep-ph
New Strong Bounds on sub-GeV Dark Matter from Boosted and Migdal Effects
亚GeV暗物质由于其核反冲力低，通常超出常规暗物质直接探测实验的灵敏度。推升和Migdal散射机制已被提出作为两个新的互补途径来寻找光DM。在这项工作中，我们考虑的DM核散射的动量转移效应，以获得新的界限亚GeV DM这两种情况。我们表明，这样的效果是相当大的，使现有的边界上的DM-核散射截面可以显着改善。
2023-02-27 astro-ph.CO hep-ph
Interpretation of XENON1T excess with MeV boosted dark matter
KeV电子反冲事件的XENON 1 T过量可能是由电子和具有MeV质量和高速的长寿命粒子的散射引起的。我们考虑一个有形的模型组成的两个标量MeV的暗物质（DM）粒子$S_A$和$S_B$来解释氙1 T keV的过剩通过增强$S_B$。引入了小质量分裂的$m_{S_A}-m_{S_B}>0$，通过$S_A S_A^\dagger \to ϕ\to S_B S_B^\dagger$的暗湮灭过程，通过共振标量$ϕ$，可以产生增强的$S_B$. $S_B-$电子散射由矢量玻色子$X$介导。虽然来自BBN、CMB和低能实验的约束将$X-$介导的$S_B-$电子散射截面设置为$\lesssim 10^{-35} \mathrm{cm}^2$，但今天具有共振增强暗湮灭的MeV尺度DM仍然可以提供足够的增强的$S_B$并诱导XENON 1 T keV过量。由于受到CMB和21 cm吸收的限制，$S_B S_B^\dagger \to X X$的$s$波过程显著降低了$S_B$的残余密度。一个非常小的残留分数的$S_B$是兼容的DM直接检测和$S_A$-电子散射的非增强$S_B$-电子散射的严格界限。
2022-04-30 astro-ph.CO hep-ph
Bounds on Cosmic Ray-Boosted Dark Matter in Simplified Models and its Corresponding Neutrino-Floor
我们研究宇宙射线上散射的暗物质在简化模型，包括光介质的直接检测范围。我们发现，在散射截面的能量依赖性是显着的，并产生更强的边界比以前发现的（假设恒定的截面）在低DM质量的许多数量级。最后，我们计算的“中微子地板”，将限制未来的直接探测宇宙射线向上散射的暗物质的搜索。虽然我们专注于矢量相互作用的说明，我们强调，能量依赖性是至关重要的，在确定准确的界限任何粒子物理模型的暗物质-CR相互作用的实验数据在这种情况下。
2019-07-30 astro-ph.CO hep-ph
Prospects for Detecting Boosted Dark Matter in DUNE through Hadronic Interactions
增强暗物质（BDM）是目前被广泛研究的一类暗物质候选者，其中一小部分暗物质是相对论性的。我们通过强子相互作用在大型液氩时间投影室（LArTPC），如DUNE的BDM搜索奠定了基础。我们研究BDM核散射的详细开发新的事件生成技术与参数化探测器模拟。利用LArTPC中强子探测的低阈值和方向性，我们研究了在类沙丘实验中的发现潜力，并与其他实验进行了比较。
2020-10-06 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Direct detection of cosmic ray-boosted puffy dark matter
本研究针对高能宇宙射线助推的相对论性轻暗物质，考虑动量转移依赖，在轻媒介子简化模型中推导蓬松暗物质直接探测极限，发现其强于点状暗物质。
2023-09-01 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Muon $(g-2)$ and XENON1T Excess with Boosted Dark Matter in $L_μ-L_τ$ Model
出于越来越多的证据轻子味普适性违反后，费米实验室的μ子$(g-2)$测量的第一个结果，我们重新审视了一个最广泛研究的标准模型的异常自由扩展，即规范$L_μ-L_τ$模型，已知是提供一个自然的解释μ子$(g-2)$。我们还将暗物质（DM）的存在下，在这个模型中，以解释最近报道的XENON1T合作的电子反冲过剩。我们发现，同样的中性规范玻色子负责产生所需的μ子$(g-2)$也可以介导电子和暗费米子之间的相互作用，推动了暗物质湮灭。所需的DM湮灭率到暗费米子需要一个混合设置的热和非热机制，以产生DM遗迹密度。所有要求的严格约束的参数空间对正在进行的和不久的将来的实验保持敏感，使场景具有很强的预测性。
2021-08-10 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Effect of inelastic scattering on cosmic-ray-boosted dark matter
本文利用 GENIE 的暗物质—原子核非弹性截面改进宇宙射线加速暗物质分析，表明非弹性散射会增强高能暗物质通量并影响地壳相互作用，进而修正暗物质—核子耦合限制。
2024-09-09 astro-ph.CO hep-ph
Boosted dark matter from primordial black holes produced in a first-order phase transition
University of Hawaii at Manoa（夏威夷大学马诺阿分校）；National Tsing Hua University（国立清华大学）
研究通过第一阶相变产生原初黑洞，其蒸发增强暗物质流，可能在实验中被探测到，并产生引力波信号。
2025-12-22 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Directional Direct Detection of MeV Scale Boosted Dark Matter in Two Component Dark Matter Scenario via Dark Photon Interaction
本研究针对双组分暗物质模型中较重暗物质湮灭产生的MeV尺度助推轻暗物质，探索定向直接探测（如核乳胶探测器NEWSdm）的有效性，聚焦质子、碳等轻核靶，为探测常规方法无法覆盖的低质量暗物质参数空间提供新途径。
2025-04-17 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Gravitational Waves From Dark Sectors, Oscillating Inflatons, and Mass Boosted Dark Matter
来自动态标量场组态的引力波特征为早期宇宙提供了一个引人注目的观测窗口。在这里，我们确定有趣的连接之间的暗物质和标量场发射引力波，无论是通过一阶相变或膨胀后振荡。为了研究一阶相变中的引力波，我们研究了一个由重标量场耦合到矢量场和费米子场的简化模型。然后我们计算了由暴胀子场组态在E模型和T模型暴胀后振荡产生的引力波谱。其中一些引力波特征可以被未来的大爆炸天文台发现，尽管一般来说，我们发现MHz-GHz频率的引力波灵敏度对于发现最重的暗区至关重要。有趣的是，我们发现，标量经历相变，随着E-模型和T-模型的潜力，可以推动后期的暗物质质量提升，并产生普朗克质量的暗物质。对于相变和振荡暴胀子，最大的暗物质质量增加对应于更高振幅的随机引力波背景。
2021-07-11 astro-ph.CO hep-ph
Revisiting CMB constraints on dark matter annihilation
宇宙微波背景功率谱的精确测量对暗物质湮灭截面有很强的约束作用，因为暗物质湮灭注入的电磁能影响了宇宙的电离历史。在本文中，我们更新了我们以前的模拟程序计算电离历史的暗物质湮灭的影响，包括氦相互作用和提高计算精度。利用修正后的RECFAST程序和Planck 2018数据集，对暗物质的湮灭截面和质量给出了一个更新的约束条件.
2021-12-13 astro-ph.CO hep-ph
Boosted Self-Interacting Dark Matter and XENON1T Excess
我们提出了一个自相互作用的增强暗物质（DM）的情况下，最近报道的过量的电子反冲事件的XENON 1 T实验的一个可能的解释。标准模型（SM）被扩展为两个在暗$U(1)_D$规范对称性下带电的类矢量费米子单态来描述暗扇区。虽然光矢量玻色子介质的存在导致足够的DM自相互作用来解决冷暗物质的小尺度问题，但具有亚GeV尺度DM的模型可以通过在检测器处增强的DM分量与电子的弹性散射来解释XENON 1 T过量。DM到光介质中的强烈湮灭导致抑制的热遗迹。暗冻结和标量晚期衰变的非热贡献的混合设置可以导致正确的遗迹丰度。我们用XENON 1 T数据拟合了我们的模型，并发现最终的参数空间与DM的自相互作用、DM-电子散射率以及天体物理和宇宙学观测结果一致。一个微小的参数空间符合所有这些限制和要求，可以在不久的将来的实验中进一步审查。
2022-04-10 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Impact of semi-annihilations on dark matter phenomenology - an example of Z_N symmetric scalar dark matter
本文研究了半湮灭x_i x_j <->x_k X（其中x_i为任意暗物质，X为任意标准模型粒子）对暗物质唯象的影响.我们建立了一个包含一个额外的双重态和一个复杂的单重态的最小标量暗物质模型，预测了不同离散阿贝尔对称性Z_N，N>2下具有半湮灭过程的非平凡暗物质现象。我们实现了两个这样的例子模型与Z_3和Z_4对称的micrOMEGA和工作的现象。我们发现，这两个半湮灭和湮灭只涉及粒子从两个不同的暗物质部门显着修改这种类型的模型中的暗物质遗迹丰度。我们还研究了在这些模型中在XENON 100中直接检测暗物质的可能性。
2012-02-14 astro-ph.CO hep-ph
Effects of Dark Matter Annihilation on the Cosmic Microwave Background
我们研究了暗物质湮灭过程中和宇宙复合时期后的宇宙微波背景各向异性的影响，考虑到详细的能量沉积的湮灭产品。据发现，一个相当严格的约束的湮灭截面施加TeV尺度的暗物质质量从WMAP观测。
2009-07-23 astro-ph.CO hep-ph
Cosmic Ray-Boosted Dark Matter at IceCube
本文重新研究 IceCube 对宇宙线加速暗物质的探测能力，涵盖电子与核子散射及弹性和深度非弹性过程，发现其对约 100 keV 以下（电子散射）和 MeV 量级（核子散射）暗物质尤为敏感。
2024-04-30 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Cosmological constraints on dark matter models with velocity-dependent annihilation cross section
通过Sommerfeld或Breit-Wigner增强机制的暗物质湮灭模型，推导了具有速度依赖结构的暗物质湮灭截面的宇宙学约束.在湮灭截面随暗物质速度减小而增大的模型中，大爆炸核合成和宇宙微波背景给出了严格的限制。
2011-03-20 astro-ph.CO hep-ph
QCD corrections to Minimal Dark Matter annihilations
QCD修正增强了最小暗物质的湮灭截面，从而影响热冻结过程中所需暗物质质量。
2025-11-28 astro-ph.CO hep-ph
Semi-annihilation of Dark Matter
我们发现，热遗迹丰度的暗物质可以影响一种新的类型的反应：半湮灭。半湮灭的示意形式为X_i X_j -> X_k φ，其中X_i是稳定的暗物质粒子，φ是不稳定状态。当暗物质由一种以上具有“味”和/或“重子”对称性的物质组成时，通常会出现这种反应。我们给出了一套完整的耦合玻尔兹曼方程的存在下的半湮灭，并研究了两个玩具模型具有这个过程。半湮灭导致早期宇宙中的非平凡的暗物质动力学，在确定遗迹丰度时通常比普通湮灭更占主导地位。这一过程也对间接探测实验有重要意义，因为它丰富了银河系中暗物质（半）湮灭的最终态光谱。
2010-07-19 astro-ph.CO hep-ph
Attenuation of Cosmic Ray Electron Boosted Dark Matter
本研究探讨宇宙射线电子加速暗物质的衰减效应，发现衰减上限在重暗物质和媒介粒子下近乎模型无关，并指出能量依赖散射约束与恒定截面假设的显著差异。
2025-01-23 astro-ph.CO hep-ph
Constraining Dark Matter Microphysics with the Annihilation Signal from Subhalos
在冷暗物质的情况下，银河系的暗物质晕中充满了大量较小的次晕。先前的工作已经表明，暗晕中的暗物质湮灭可以在伽马射线光子计数概率分布函数（PDF）中产生独特的非泊松信号。在这里，我们表明，伽马射线PDF还携带有关的速度依赖的暗物质湮灭截面的信息。在计算了假设$s$波和Sommerdom增强湮灭的PDF后，我们进行了模拟数据分析，以说明当前和未来的观测如何约束暗物质湮灭的微观物理。我们发现，与目前的费米数据，并假设暗物质湮灭截面大致在当前的界限从湮灭矮球状星系的极限，人们可以潜在地区分非泊松波动预期从暗物质湮灭在subhalos从泊松源，以及从暗物质模型与一个不正确的速度依赖。我们将探讨这些结果对天体物理背景建模的假设有多强。我们还指出了一个四参数的退化之间的速度依赖性的暗物质湮灭，最小晕质量，幂律指数的晕质量函数，和归一化的暗物质信号。这种简并性可以通过N体模拟或观测对次晕质量函数的约束来打破。
2022-06-22 astro-ph.CO hep-ph
Dipole Moment Bounds on Dark Matter Annihilation
我们考虑简化模型的限制，其中标量暗物质湮灭轻带电轻子通过交换带电介质。我们发现，圈图将有助于纠正轻带电轻子的磁和电偶极矩，这些修正的实验约束放置在暗物质湮灭截面的显着界限。特别是，湮灭到具有可观察到的截面的电子将被排除，而湮灭到μ子仅在主要贡献来自CP破坏相互作用时才被允许。
2013-09-15 astro-ph.CO hep-ph
CMB Constraint on Dark Matter Annihilation after Planck 2015
利用普朗克卫星对宇宙微波背景辐射各向异性的最新测量结果，我们更新了对暗物质湮灭截面的约束。我们完全计算了级联的暗物质湮灭产物及其对氢的电离、加热和激发的影响，因此不依赖于任何关于引起这些影响的能量分数的假设。
2016-03-01 astro-ph.CO hep-ph
Cosmic Ray Boosted Dark Matter in COSINUS: Modeling and Constraints
Max-Planck-Institut für Physik（马克斯·普朗克物理研究所）；Marietta-Blau-Institut für Teilchenphysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften（奥地利科学院玛丽塔·布劳粒子物理研究所）；Atominstitut, Technische Universität Wien（维也纳工业大学原子研究所）；INFN - Sezione di Roma（罗马国家核物理研究所分部）；Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）；INFN - Laboratori Nazionali del Gran Sasso（格兰萨索国家实验室）；Dipartimento di Scienze Fisiche e Chimiche, Università degli Studi dell’Aquila（阿奎拉大学物理与化学系）
本文研究了通过宇宙射线增强暗物质框架探测亚GeV暗物质的挑战，提出COSINUS实验对暗物质-核子散射截面的限制。
2026-03-24 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Enhancing Dark Matter Annihilation Rates with Dark Bremsstrahlung
许多类型的暗物质相互作用导致湮灭过程，遭受p波抑制或螺旋抑制，使它们从属于未抑制的s波过程。我们证明了暗初态辐射的自然包含可以打开一个未抑制的s波湮灭通道，从而为特定的相互作用类型提供主导的暗物质湮灭过程。我们用来自费米子暗物质$\overlineχχ\rightarrow \overline{f}fϕ$或$\overline{f}fZ'$的暗自旋0或暗自旋1粒子的韧致辐射来说明这种效应。暗的初始状态辐射过程，尽管有一个3体的最终状态，进行在相同的顺序在新的物理尺度$Λ$作为湮灭到2体的最终状态$\overlineχχ\rightarrow \overline{f}f$。在$Λ$中，这是较低阶的，而不是通过标准模型终态辐射或虚拟内部韧致辐射来提升螺旋度抑制的研究。这种暗韧致辐射过程应该会影响大型强子对撞机和对暗物质的间接探测。
2017-07-27 astro-ph.CO hep-ph
Revisiting Big-Bang Nucleosynthesis Constraints on Dark-Matter Annihilation
我们研究了大爆炸核合成时期的暗物质湮灭对轻元素原始丰度的影响。通过考虑暗物质湮灭产生的反核子以及中子和质子在高能核子非弹性散射中的相互转换反应，改进了轻元素丰度的计算.通过比较原始轻元素丰度的理论预测与最新观测约束，我们得到了暗物质对湮灭截面的上界。并讨论了对某些粒子物理模型的启示。
2015-10-01 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on small-scale primordial power by annihilation signals from extragalactic dark matter minihalos
我们重新审视了来自暗物质微晕湮灭信号对小尺度原始能量的限制。利用来自河外微晕的γ射线和中微子，并假设δ函数的原始谱，我们显示了湮灭模式，暗物质的质量和湮灭截面的约束的依赖性。我们报告两个保守的约束，假设minihalos完全破坏时，成为来自标准的几乎规模不变的原始光谱的晕的一部分，和乐观的约束，忽略破坏。
2017-12-23 astro-ph.CO gr-qc
Enhancement of Majorana Dark Matter Annihilation Through Higgs Bremsstrahlung
对于马约拉纳暗物质，规范玻色子韧致辐射起着重要的作用，在提高否则螺旋抑制的s波湮灭截面。这在辐射光子或胶子与标准模型费米子-反费米子对的过程中是众所周知的，最近也研究了大质量电弱规范玻色子的情况。在这里，我们表明，内部希格斯韧致辐射也解除螺旋抑制，并可能是占主导地位的贡献，在宇宙后期的湮灭率低于1 TeV的暗物质质量。利用一个亲轻子暗物质的玩具模型，计算了与希格斯玻色子形成轻子-反轻子对的湮灭截面，并研究了湮灭点处最终稳定粒子的能谱.
2013-10-18 astro-ph.CO hep-ph
Semi-annihilation of Dark Matter
半湮灭反应的示意形式为psi_i psi_j -> psi_k phi，其中psi_i是稳定的暗物质粒子，phi是不稳定状态。当暗物质被一个比Z_2更大的对称性所稳定时，这样的反应是允许的。它们导致早期宇宙中的非平凡暗物质动力学，并且遗迹粒子的热产生可以完全由半湮灭控制。这一过程也可能发生在今天的银河系，丰富了间接探测实验中观察到的（半）湮灭终态谱。
2011-01-27 astro-ph.CO hep-ph
Sommerfeld enhancement of resonant dark matter annihilation
本文证明窄共振与 Sommerfeld 长程力对暗物质湮灭截面的增强可完全因子化，并考察 Higgs 门户及 MSSM 启发情景中的超共振湮灭可行性。
2023-09-28 astro-ph.CO hep-ph
Constraint on dark matter annihilation with dark star formation using Fermi extragalactic diffuse gamma-ray background data
有人提出，在第一代恒星的形成过程中，可能存在一个“暗星”阶段，其中恒星的能量来自于暗物质湮灭。绝热收缩形成暗星的过程同时会导致宿主晕的密度分布高度集中，这可能会增强对暗物质的间接探测信号。在这项工作中，我们调查了银河系外的PDMATHAMM射线背景的暗物质湮灭与这样的暗恒星形成的情况下，并采用各向同性$γ$射线数据从费米-LAT约束的模型参数的暗物质。结果受到第一代恒星的形成速率和暗恒星宿主晕的后续演化效应的很大不确定性。我们发现，在通过暗物质湮灭产生$γ$射线的最乐观的情况下，预期的河外$γ$射线通量将增强1-2个数量级。在这种情况下，超对称暗物质的湮灭截面可以被限制在热产生水平，而用来解释正电子/电子过剩的轻子暗物质模型可以被很好地排除。相反，如果正电子/电子过剩是暗物质湮灭的起源，那么早期宇宙的环境是这样的，没有暗恒星可以形成。
2011-04-19 astro-ph.CO hep-ph
Explaining the ANITA Anomaly with Inelastic Boosted Dark Matter
我们提出了一个新的物理方案，其中一个非常重的暗物质的候选人，不与中微子部门相互作用的衰变可以解释ANITA最近报告的两个异常事件。该模型由两个组成部分的暗物质，一个不稳定的暗扇区状态，和一个巨大的暗规范玻色子。我们假设EeV范围质量的较重的暗物质粒子分布在星系晕上，并在目前的宇宙中分裂成一对较轻的-高度增强的-到达并穿透地球的暗物质状态。后者将{ \it in}从核子上弹性散射，产生较重的暗扇区不稳定态，随后与强子一起衰变回较轻的暗物质，通过壳上/壳外暗规范玻色子诱发广泛的空气簇射。根据暗扇区内的质量等级，暗规范玻色子或不稳定的暗扇区粒子可以是长寿命的，因此可以通过地球传输。我们研究的信号的角分布，并表明，我们的模型有利于出现的角度范围内$\sim 25^\circ -35^\circ$，如果相关的参数选择承担的情况下，平均自由程的助推入射粒子是远远大于地球的直径，而其长寿命的衰变产物具有衰变长度的尺寸与地球半径相当。特别是，我们的模型避免了来自互补中微子搜索（如IceCube或Auger天文台）的任何限制。
2019-09-26 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Bounds on Dark Matter annihilations from 21 cm data
在21厘米光谱中观测到的红移$z\approx 17$的吸收特征意味着暗物质湮灭在很大质量范围内的界限，因为星系际介质的显著加热会消除这种特征。由此产生的边界上的DM湮灭截面是可比的最强的从所有其他观测。
2018-04-24 astro-ph.CO hep-ph
Cosmic-ray boosted dark matter in Xe-based direct detection experiments
本文利用LZ实验数据研究宇宙线加速的亚GeV暗物质探测前景，将部分参数空间约束提高约2倍，并预测XENONnT和Darwin实验的灵敏度将分别提升约3倍和10倍。
2024-02-07 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Indirect Dark Matter Signatures in the Cosmic Dark Ages I. Generalizing the Bound on s-wave Dark Matter Annihilation from Planck
普朗克最近对宇宙微波背景辐射各向异性的测量提供了一个探测宇宙暗时代暗物质湮灭的灵敏探针，并特别限制了湮灭参数$f_\mathrm{eff} \langle σv \rangle/m_χ$。使用新的结果（文件II）的电离产生的粒子注入在任意能量，我们计算并提供$f_\mathrm{eff}$值的光子和$e^+e^-$对注入keV-TeV的能量; $f_\mathrm{eff}$值的任何暗物质模型可以直接通过加权这些结果的湮没产物的光谱。这一结果允许敏感和强大的约束暗物质湮灭提出的普朗克合作被应用到任意暗物质模型与$s$波湮灭。我们证明了这种方法的有效性，使用主成分分析。作为一个例子，我们整合了一系列的标准模型最终状态的湮没产物的光谱，以确定这些模型的CMB边界作为暗物质质量的函数，并证明了新的限制一般排除模型提出解释所观察到的高能上升的宇宙射线正电子分数。我们在http://nebel.rc.fas.harvard.edu/epsilon上公开我们的结果。
2015-08-04 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter Annihilation Rates with Velocity-Dependent Annihilation Cross Sections
探测到星系晕中粒子湮灭的副产品将提供有关暗物质性质的重要信息。观测到的局部过量高能正电子的证据激发了最近的模型，其中暗物质粒子之间的额外相互作用可以导致索末菲增强的截面湮灭。在这样的模型中，横截面变得与速度相关，并且相对于早期宇宙的速率，可能会增强太阳附近的暗物质湮灭速率，足以产生观测到的高能正电子通量。我们表明，粒子相互作用的截面，随着速度的降低而增加，暗物质晕的内部密度分布浅于等温，如Navarro-Frenk-White或Einasto晕的运动学结构，可能会引起进一步的增强，由于位置相关的速度分布。我们提供了具体的例子，在湮灭率的增加与索末菲效应增强的截面。在像银河系和本星系群矮星系的暗物质晕中，晕中心的有效截面可以明显大于其局部值。由于晕运动学的额外增强取决于任何模型的参数，但某些模型的预测，旨在解释测量的正电子通量，可以超过一个数量级。
2009-04-17 astro-ph.CO astro-ph.HE
Asymmetric dark matter annihilation as a test of non-standard cosmologies
我们表明，如果化学退耦发生在非标准大爆炸前核合成宇宙相和标准辐射主导相之间，那么非对称暗物质少数成分的遗迹丰度可能对宇宙的膨胀率以及非标准大爆炸前核合成宇宙相和标准辐射主导相之间的转变温度非常敏感。在此转变之前发生。特别是，由于非对称暗物质的湮灭截面通常大于标准宇宙学中对称暗物质的湮灭截面，因此非标准宇宙学中少数组分相对于多数组分的遗迹密度的降低可以通过湮灭截面的增加来补偿，因此与普遍认为的相反，可能比标准宇宙学中对称的暗物质的大。
2014-02-10 astro-ph.CO hep-ph
Boosted Neutrinos and Relativistic Dark Particles as Messengers from Reheating
通常，早期的信息，如重新加热是很难得到的。在本文中，我们认为，在适当的情况下，右手无菌中微子衰变到左手活跃的在相对较晚的时间可以携带信息的再加热自由传播的热历史。对于不太小的混合角，合适的右手中微子质量大约是${\cal O}$（MeV-GeV）。我们确定了典型的光谱，并认为他们提供的暴胀子质量的再加热温度的比率的信息。这种原始中微子信号可以足够强，可以在冰立方中检测到。更进一步的推测是，当再加热温度和暴胀子质量满足$T_R={\cal O}(1-100)\, {\rm MeV}$和$m_ϕ={\cal O}(10^{16-19})\,$ GeV时，它们甚至可以解释观测到的PeV事件。更广义相对论性的暗粒子也可以扮演这样的信使的角色，可能不仅允许PeV事件，而且还缓解了$H_0$ -张力。
2020-07-29 astro-ph.CO hep-ph
21-cm Constraints on S-wave Dark Matter Annihilation with Subhalo-enhanced Effects
Luoyang Institute of Science and Technology（洛阳理工学院）；Chongqing University（重庆大学）
本文利用扩展的DM21cm数值方法结合SASHIMI-C半解析处理，研究子晕增强的S波暗物质湮灭对21厘米信号的影响，发现预期HERA极限在特定质量范围内强于现有约束。
2026-09-21 astro-ph.CO hep-ph
Boosting Assisted Annihilation for a Cosmologically Safe MeV Scale Dark Matter
辅助湮灭通过一对暗物质和标准模型态之间的新型湮灭产生热亚GeV暗物质，称为“辅助”。我们表明，根据辅助和暗物质之间的质量等级，可以有一个抑制或有效的截面的提升。这种增强使$\mathcal{O}(100)$兆电子伏尺度的暗物质与微扰耦合的可能性，饱和的遗迹密度估计，而相对绝缘的宇宙学约束，如大爆炸核合成和宇宙微波背景。
2019-05-24 astro-ph.CO hep-ph
Monoenergetic Neutrinos From Dark Matter Annihilation: Issues of Exposure
我们考虑搜索太阳中的暗物质湮灭，产生单能中微子，直接或通过停止π介子和K介子衰变。我们发现，这种策略是非常成功的增加信号与背景的比例，但目前的实验可能是信号有限的。我们讨论的曝光需要充分利用这种搜索策略。
2015-10-07 astro-ph.CO hep-ph
Primordial black hole dark matter in the presence of p-wave WIMP annihilation
研究了由原初黑洞和自湮灭弱相互作用大质量粒子组成的混合暗物质方案中原初黑洞暗物质的允许丰度，该方案的湮灭截面与速度有关.我们首先简要地说明了速度抑制p波湮灭的情况下，WIMP暗物质晕轮廓的变化，与熟悉的s波湮灭的情况相比，然后讨论了PBH质量依赖的上限上允许的PBH暗物质丰度。WIMP可以吸积到PBH上，形成具有尖峰密度轮廓的超紧凑迷你晕。这样的尖峰在晕的中心区域被缓和，因为WIMP被湮灭掉，并且这种缓和对于较小的湮灭截面是不太有效的。速度抑制p波湮灭截面的WIMP核心密度变大，而核心半径变小比s波湮灭的情况。湮灭截面依赖于速度的变化横跨晕，除了WIMP密度剖面的变化，另一个有趣的功能是PBH质量依赖于绑定的PBH暗物质丰度。这是在鲜明的对比，S-波湮灭的情况下，PBH丰度绑定是独立的PBH质量。允许的PBH暗物质分数（相对于总的暗物质丰度）的顺序$f_{PBH}\lesssim {\cal O}(10^{-7})(M_{\odot}/M_{PBH})^{(-6+2γ_{sp})/(3γ_{sp}+3)}$为热遗迹p波暗物质与质量$100$ GeV其中$γ_{sp}$是尖峰曲线的斜率指数，与$f_{PBH}\lesssim {\cal O}(10^{-9})$为相应的热遗迹s波暗物质的情况进行比较。
2022-03-18 astro-ph.CO hep-ph
Cosmic Rays from Dark Matter Annihilation and Big-Bang Nucleosynthesis
PAMELA和ATIC实验对宇宙射线电子和正电子通量的测量表明存在具有大湮灭截面的湮灭暗物质。我们表明，大爆炸核合成时期的暗物质湮灭影响轻元素丰度，并给出了严格的约束，这种情况下的强子湮灭的暗物质的湮灭方案。对轻子湮灭暗物质模型的限制就不那么明显了。
2009-06-29 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
