Antiprotons from dark matter annihilation through light mediators and a possible excess in AMS-02 $\bar{p}/p$ data
我们表明,在暗物质(DM)粒子湮灭通过光介质的情况下,最终状态的宇宙射线粒子的能谱强烈依赖于介质质量。对于终态反质子,当介质质量与$\pbar p$产生阈值相当时,出现具有相对窄峰的光谱。有趣的是,AMS-02关于$\pbar/p$通量比的最新数据暗示,在$\sim100-450$ GeV的能量范围内,在预期的背景上有一个类似凸点的过量。我们表明,这样一个轻介质的情况下,最新的AMS-02数据的DM直接湮灭到标准模型粒子的情况下,从内部超新星遗迹(SNRs)产生的反质子是有利的,是一致的上限来自费米-LAT数据的伽马射线对矮球状星系。能量在450 GeV以上的$\pbar/p$通量比预计将随能量迅速下降,这可以很容易地与其他两种情况区分开来,因为它们预测该比率将变平或上升到多TeV区域。
2016-11-14 hep-ph
Annihilation of singlet fermionic dark matter into two photons via pseudo-scalar mediator
本文研究单态费米子冷暗物质通过赝标量媒介湮灭为双光子的间接探测,计算其湮灭截面并与H.E.S.S.数据比较,发现大质量暗物质模型可接近现有实验上限。
2023-04-07 hep-ph
Dark Matter Annihilation via Breit-Wigner Enhancement with Heavier Mediator
提出通过 Breit-Wigner 共振增强暗物质早期冻结与黑洞附近湮灭的新场景,利用较重介子避开宇宙微波背景约束,并指出超大质量黑洞可重新激活湮灭产生光子信号,可由 Fermi-LAT 和 COSI 卫星检验。
2025-02-01 astro-ph.HE hep-ph
DarkCapPy: Dark Matter Capture and Annihilation
DarkCapPy是一个Python 3/Python/Python包,用于计算与地球中的暗物质捕获、湮灭为光介质以及随后在地球表面附近可观察到的光介质衰变相关的速率。该软件包包括计算索末菲增强在地球的中心和时间尺度的捕获-湮灭平衡。该代码是开源的,可以修改为其他紧凑的天文物体和中介自旋。
2018-08-10 hep-ph physics.comp-ph
Solar Gamma Ray Constraints on Dark Matter Annihilation to Secluded Mediators
我们认为间接检测的暗物质是在太阳中捕获,随后湮灭的长寿暗介质。如果这些介质在衰变之前逃离太阳,它们可以通过介质直接衰变为光子或通过介质衰变产物的韧致辐射和强子化产生引人注目的伽马射线信号。使用最近的测量从HAWC天文台,我们确定模型独立的限制重暗物质的数量级更强大的比直接检测实验,自旋相关和自旋无关的散射。我们还考虑了一个很好的动机模型,其中费米暗物质湮灭暗光子。对于这样一个现实的情况下,太阳伽马射线约束的强度降低,相比理想的情况下,因为暗物质捕获截面和介质寿命相关。尽管如此,太阳伽马射线的约束使我们能够排除以前不受约束的暗光子参数空间的区域。
2021-09-19 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
Sommerfeld-Enhanced Annihilation in Dark Matter Substructure: Consequences for Constraints on Cosmic-Ray Excesses
在暗物质(DM)的模型与Sommerdos增强的湮灭,其中的湮灭率的比例为速度的倒数,DM结构形成的N体模拟表明,当地的湮灭信号可能占主导地位的小,密集,冷的subhalos。这与通常假设的信号来自平滑DM晕形成对比,具有高得多的速度色散。占当地的子结构修改的参数空间,索末菲增强湮灭DM可以解释的PAMELA和费米过剩。来自内星系和宇宙微波背景的限制被削弱,而不会引入新的张力与子结构相关的限制,如矮星系或各向同性伽马射线研究。有了子结构,以前排除的介质质量约1-200 MeV的参数区域现在很容易被允许。对于O(MeV)介质,在特定范围内的主机晕质量的subhalos可能会蒸发,进一步抑制扩散信号,而不影响在银河系的子结构。
2012-10-13 astro-ph.CO hep-ph
Dark matter annihilation with s-channel internal Higgsstrahlung
我们研究了费米子暗物质通过s通道轴向矢量介质湮灭为标准模型费米子的情形。我们指出,众所周知的手征性抑制的湮灭截面可以减轻s-通道内的Higgsstrahlung。在重介导粒子的极限下,宇宙线谱的形状与t-通道内Higgsstrahlung的形状相同。与一般的t-通道韧致辐射不同,s-通道Higgsstrahlung甚至可以是狄拉克暗物质的主要湮灭过程。由于s通道中介体可以是一个标准模型单态,碰撞器搜索的中介体很容易绕过。
2016-05-02 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Thermodynamic Evolution of Secluded Vector Dark Matter: Conventional WIMPs and Nonconventional WIMPs
隐蔽的暗物质位于一个隐藏的扇区内,并自我湮灭为较轻的介质,随后衰变为标准模型(SM)粒子。取决于介质的耦合强度的SM,隐藏的部门可以从SM浴动力学解耦时,温度下降到低于介质的质量,和暗物质湮灭截面在冻结,因此可能会被推高以上的弱相互作用的大质量粒子的常规值。本文从第一性原理出发,采用最简单的隐矢量暗物质模型,对暗区的热力学演化进行了全面的研究。受银河系中心γ射线过剩观测的启发,我们以暗物质和介质的两个质量集$\sim{\cal O}(80\, \text{GeV})$为例来说明热力学。数值求解了隐区数密度和温度演化的耦合玻尔兹曼矩方程。这种形式可以很容易地推广到一般的隐蔽暗物质模型。我们发现,一个长寿命的调解人可以导致一个提升的暗物质湮灭截面占遗迹丰度。我们进一步显示的参数空间,它提供了一个很好的适合银河系中心多余的数据,是兼容的当前边界和LUX-ZEPLIN预计的灵敏度。我们发现,未来的观测矮球状星系提供了有前途的达到探测最遗迹允许的参数空间有关的增强暗物质湮灭截面。
2022-09-25 astro-ph.CO hep-ph
On Symmetric and Asymmetric Light Dark Matter
我们研究宇宙学,天体物理学和对撞机的热暗物质(DM)与质量mX在1兆电子伏至10 GeV的范围内的约束。宇宙微波背景(CMB)观测严重限制了光对称DM,如果DM残留物密度足够不对称,则可以避免。CMB的限制条件是,当DM质量mX = 1 MeV(10 GeV),电离效率因子为f ~ 1时,当前的反DM与DM的比率必须小于2*10^{-6}(10^{-1})。我们确定的最小湮没截面为实现这些不对称的遗物密度约束,这些截面大于通常的热湮没截面。由于对撞机的限制,这种湮灭截面只能通过调用光介质来获得。这些光介质可以引起显着的DM自相互作用,我们从椭圆DM晕形状的约束,推导出一个下界的介质质量。我们发现,晕的形状需要一个介质的质量mphi > 4 * 10^{-2} MeV(40 MeV)的mX = 1 MeV(10 GeV)。我们将所有这些约束映射到直接探测的DM-电子和DM-核子散射截面的参数空间。对于DM-电子散射,一个显着的部分参数空间已经排除了束流转储和超新星冷却约束。
2012-12-11 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
Testing Thermal-Relic Dark Matter with a Dark Photon Mediator
本文基于 DAMIC-M 等直接探测结果,系统检验了与暗光子耦合的热遗迹暗物质,发现复标量暗物质的直接湮灭区域几乎被完全排除,而 Majorana 和 Pseudo-Dirac 等模型仍可行,隔离湮灭区域对轻于 30 GeV 的暗物质被宇宙微波背景测量排除。
2025-05-07 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Strong constraints on self-interacting dark matter with light mediators
将暗物质与轻的新粒子结合是一种将热产生与强速度依赖的自相互作用相结合的有吸引力的方法。在这里,我们指出,在这样的模型中的暗物质湮灭率一般由索末菲效应增强,我们从宇宙微波背景和其他间接探测探测探针得到的约束。对于经常研究的s波湮灭的情况下,这些约束排除了整个参数空间的自相互作用是足够大的,以解决小规模的结构形成的问题。
2017-04-07 hep-ph
Monochromatic Gamma Rays from Dark Matter Annihilation to Leptons
研究了暗物质(DM)粒子湮灭为轻子对和包含一个或两个光子的二体末态之间的关系。我们参数化的DM相互作用与轻子的接触相互作用,并计算到单色伽马射线的环级湮灭,特别是计算的DM湮灭截面的比率为两个伽马射线与轻子对。虽然环级过程一般抑制与树级湮没成轻子相比,我们发现,一些选择的介质自旋和耦合结构导致大分支分数到伽马射线线。这一结果暗示了暗物质对AMS-02正电子过剩的贡献。我们还探讨了介质的可能性,这是收费的暗对称性下,并发现,对于这些循环级的过程中,有效场论的描述是准确的DM质量高达约一半的介质质量。
2015-07-20 astro-ph.HE hep-ph
Light Dark Matter Annihilation and Scattering in LHC Detectors
我们系统地研究了轻标量和赝标量暗物质候选者模型及其在LHC上的潜在信号。首先,我们推导出具有标准模型希格斯介质和具有新的弱尺度介质的模型的宇宙学边界。接下来,我们研究了间接和直接检测过程拓扑结构的两个过程,现在发生在LHC检测器内部。我们发现,LHC可以观察到非常轻的暗物质在一个巨大的质量范围内,如果它是在介质衰变,然后散射与探测器材料产生喷流在核反冲。
2021-01-22 hep-ex hep-ph
Dark Forces in the Sky: Signals from Z' and the Dark Higgs
我们考虑一个自洽的隐藏$U(1)$模型的间接检测信号,该模型包含一个Majorana暗物质候选者$χ$,一个暗规范玻色子$Z'$和一个暗希格斯粒子$s$。与仅包含暗物质候选者和$Z'$介体的模型相比,标量的添加为暗扇区粒子提供了质量生成机制,并且为了避免在高能量下的么正性破坏而需要。我们发现,包括两个介质开辟了一个新的两体s波湮灭通道,$χ\overlineχ\rightarrow sZ'$。这个新的过程,这是错过了在通常的单介质简化模型的方法,可以是占主导地位的湮灭通道。这为间接检测搜索提供了丰富的现象学,允许间接搜索探索其他通常认为的s波湮灭过程不可访问的参数空间区域,并使$Z'$和标量耦合都能够被探测。我们研究的现象学的部门,专注于这个新的过程,并确定的限制模型参数空间的费米数据矮球状星系和其他相关的实验。
2016-07-01 astro-ph.CO hep-ph
Two-mediator dark matter models and cosmic electron excess
DAMPE实验最近观测到的宇宙电子能谱表现出两个有趣的特征,包括在0.9 TeV附近的断裂和在1.4 TeV附近的尖锐共振。在这个分析中,我们提出了一个暗物质的解释,这两个奇异的功能所看到的DAMPE。在我们的模型中,暗物质在星系中湮灭通过两个不同的渠道,导致一个狭窄的共振光谱附近的1.4 TeV和电子过剩事件在一个扩展的能量范围,从而产生周围TeV的断裂结构。这两个湮灭通道是由两个规范玻色子介导的,它们与暗物质和标准模型费米子相互作用。暗物质湮灭通过较重玻色子介导的s通道过程产生单能电子-正电子对,导致共振过剩。较轻的玻色子的质量比暗物质小,因此它们可以在星系中的暗物质湮灭中在壳层上产生;处于最终状态的较轻玻色子随后衰变,由于在这个过程中模糊的电子能谱而产生扩展的过量事件。我们进一步分析了各种实验,包括HESS,费米,AMS和LHC,模型的参数空间,其中两个多余的事件可以占的约束。为了解释DAMPE数据中的两个新特征,当前星系中的暗物质湮灭截面通常比正确的暗物质遗迹丰度所需的正则热截面大得多。这种差异,但是,弥补了非微扰索末菲增强,因为在模型中存在一个较轻的调解人。
2019-02-13 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Simplified dark matter models in the light of AMS-02 antiproton data
在这项工作中,我们进行了分析,最近AMS-02的反质子通量和反质子比的简化的暗物质模型的框架。为了预测AMS-02观测值,我们采用了由观测到的核通量确定的传播和注入参数。我们假设暗物质粒子是狄拉克费米子暗物质,具有疏轻子赝标或轴向矢量介体,仅耦合到标准模型夸克和暗物质粒子。我们发现AMS-02的观测结果在不确定性范围内与暗物质假说是一致的。在68%的置信水平下,对于赝标介质的湮灭,反质子数据倾向于暗物质(介质)质量在700 GeV-5 TeV之间,对于轴矢量介质的湮灭,反质子数据倾向于大于700 GeV(200 GeV-1 TeV)。AMS-02的数据要求在赝标量(轴向矢量)介质的简化模型中,有效的暗物质湮灭截面在1 × 10 ^{-25} --1 × 10 ^{-24}(1 × 10 ^{-25} --4 × 10 ^{-24})cm ^3/s范围内。本文还讨论了LHC和Fermi-LAT的限制。
2016-12-30 hep-ph
Probing Light Dark Matter with a Hadrophilic Scalar Mediator
我们调查的热宇宙学和地球和天体物理现象的一个亚GeV hadrophilic黑暗部门。在这项工作中探索的具体建设功能狄拉克费米子暗物质候选人与光标量介体,占主导地位的耦合到上夸克相互作用。正确的冻结残余丰度可以通过暗物质湮灭直接到强子或通过隐蔽湮灭到标量介质来实现。一个丰富而独特的现象学是目前在这种情况下,从精确介子衰变,质子束流转储实验,对撞机,直接检测实验,超新星和核合成产生的探针。在未来,NA 62、REDTOP、SHiP、SBND和NEWS-G等实验将能够探索宇宙学激发的参数空间的重要部分。
2018-12-12 hep-ex hep-ph
Sommerfeld Effect and Bound State Formation for Dark Matter Models with Colored Mediators with SE+BSF4DM
Università degli Studi di Padova(帕多瓦大学);INFN, Sezione di Padova(意大利国家核物理研究所帕多瓦分部);Johannes Gutenberg-Universität Mainz(约翰内斯·古腾堡美因茨大学);Technical University of Munich(慕尼黑工业大学)
研究通过SE+BSF4DM工具,探讨了Sommerfeld效应和束缚态形成对t通道暗物质模型中暗物质质量约束的影响。
2026-01-06 hep-ph
Signatures from Scalar Dark Matter with a Vector-like Quark Mediator
我们提出了一个全面的研究模型中的暗物质是由一个单线态实标量耦合到标准模型主要通过汤川相互作用与轻夸克和彩色矢量类费米子。这种情况的一个显著特征是,早期宇宙中的热冻结可能是由湮灭成单圈胶子对($gg$)和胶子的虚内部韧致辐射($q \bar{q} g$)驱动的。这样的暗物质候选者也可以通过直接和间接的检测以及在LHC上进行测试;可行的候选者要么质量接近费米子介质的质量,要么质量超过约2 TeV。
2016-02-02 astro-ph.CO hep-ph
Simplified dark matter models with charged mediators
我们回顾简化模型中,一个单重马约拉纳暗物质候选夫妇的标准模型(SM)费米子介导的标量费米子合作伙伴通过相互作用。我们总结了在这些情况下的两个主要的生产机制:暗物质湮灭介导的第一或第二代标量费米子合作伙伴具有显着的左右手征混合和共湮灭与标量费米子合作伙伴几乎退化的质量与暗物质。然后,我们强调了最有趣的现象学方面的带电介质模型相关的当前和未来的搜索新的物理。我们描述精确测量SM费米子偶极矩,包括模型与标量μ子的合作伙伴,可以占$g_μ-2$。我们讨论了在大型强子对撞机和未来轻子对撞机的预计灵敏度带电介质的新的搜索策略。我们总结了直接检测的限制,并展示了下一代实验可能如何探测量子色动力学带电介质在质量尺度超出了大型强子对撞机的灵敏度。我们还回顾了间接检测模型与标量轻子合作伙伴的前景,专注于γ射线搜索的灵敏度,内部韧致辐射。
2022-03-15 hep-ph
Astrophysical Signatures of Secluded Dark Matter
我们分析了WIMP暗物质的隐蔽模型的间接天体物理特征,其特征在于湮灭成光兆电子伏尺度介质是亚稳态衰变成标准模型状态的弱尺度速率。这种情况下允许一个显着的增强的湮灭截面在星系晕相对于其值在冻结,特别是当介质是轻到足以进行这一过程,通过辐射捕获到一个亚稳态的“WIMP-鎓”的束缚态。对于在隐藏的U(1)'规范群下带电的MeV尺度矢量介质,增强的湮灭率主要导致相当大的过量正电子通量,即使在没有天体物理助推因子的情况下。
2008-11-17 astro-ph hep-ph
Hidden On-Shell Mediators for the Galactic Center Gamma-Ray Excess
我们提出了银河系中心的伽玛射线过剩狄拉克暗物质湮灭成对或三重态的壳玻色子介质的标准模型的简化模型。这些湮灭模式使得暗物质的质量比传统的有效理论中的伽马射线过剩更重。由于湮灭率是由暗物质-介质耦合决定的,因此标准模型耦合可以通过抑制直接探测和对撞机信号而在参数上变小,以“隐藏”暗区。我们探讨这些模型的可行性,作为一个热遗物和介质的作用,用于控制伽马射线光谱形状。我们评论紫外线完成这些简化模型和新的选择标准模型的最终状态。
2014-08-28 astro-ph.HE hep-ph
Strong Dark Matter Self-Interaction from a Stable Scalar Mediator
面对无碰撞冷暗物质(DM)范式的小尺度结构问题,一个流行的解决方法是引入一个强DM自相互作用,它可以由MeV尺度的光介质非微扰地产生。然而,如果这样的介质是不稳定的,并衰变成SM粒子,该模型是严重的DM直接和间接检测实验的限制。在本文中,我们研究了一个自相互作用的费米子DM模型,赋予一个光稳定的标量介体。在这个模型中,DM遗迹丰度主要由费米DM粒子控制,而费米DM粒子主要是通过其湮灭冻结到稳定介质中而产生的。由于该通道是不可见的,因此应大大放宽DM间接检测约束。此外,直接检测信号被抑制到一个不可观测的水平,因为费米DM散射与核子出现在一个循环的水平。通过进一步研究从CMB和BBN上的可见光通道涉及暗扇区的界限,我们表明,有一个大的参数空间,可以产生适当的DM自相互作用在矮星系尺度,同时保持兼容与其他实验约束。
2020-03-04 astro-ph.CO hep-ph
Explain DAMPE Results by Dark Matter With Hierarchical Lepton-Specific Yukawa Interactions
我们建议通过标量或狄拉克费米子暗物质(DM)湮灭与双电荷标量介质,具有轻子特定的汤川耦合解释在1.5 TeV的DAMPE电子过剩。这种轻子特异性汤川耦合的层次结构是通过Froggatt-Nielsen机制产生的,因此暗物质湮灭产物可以主要是电子。LEP 2对中间矢量玻色子产生的严格限制可以在我们的场景中避免。在标量DM的情况下,我们讨论了DM直接湮灭为轻子和DM湮灭为标量介质,然后衰变的另一种情况。我们还讨论了在s波湮灭过程较小或螺旋度被抑制的情况下的Breit-Wigner共振增强和Sommerfeld增强。通过这两种类型的增强,可以放松对参数的约束,并且在解释DAMPE结果时将打开模型构建的新方法。
2018-01-23 astro-ph.CO hep-ph
Gamma rays from dark mediators in white dwarfs
我们考虑暗物质$χ$的自湮灭,成为亚稳态介质$Y$,以及它们随后在白矮星内衰变成光子。我们专注于$χ\barχ\rightarrow YY$类型的反应,介质,除了具有有限的衰变寿命在休息$τ_{\rm rest}\lesssim 1$ s,可能会遭受能量损失之前,他们衰变成光子,$Y \rightarrow γγ$在介质中。我们得到衰减的伽马射线的光度所产生的两种效果的组合。使用互补的天体物理测量集冷白矮星在M4球状星团以及直接/间接的暗物质搜索,我们讨论了进一步的限制暗介质寿命。
2018-07-09 astro-ph.HE hep-ph
Exploring Direct Detection Suppressed Regions in a Simple 2-Scalar Mediator Model of Scalar Dark Matter
我们探索区域的参数空间,产生抑制直接检测截面的标量暗物质与标量门户,混合与标准模型希格斯粒子的简单模型。我们发现,即使是这个简单的模型允许相当大的空间中的参数空间,尚未被排除的直接检测限。导致这一结果的一些影响以前已经注意到。我们的主要新结果探讨了DM湮灭的不同贡献之间的干扰效应时,DM质量大于标量门户网站的质量。新的湮灭通道打开,模型的参数需要进行补偿,以给出正确的DM残留物丰度,从而导致更小的直接探测截面。我们发现,即使在一个非常简单的模型DM仍然有相当大的区域的参数空间,不排除由实验。
2021-04-09 hep-ph
Diphoton Excess through Dark Mediators
初步ATLAS和CMS的结果从第一个13 TeV的LHC运行遇到了一个有趣的过量的事件在双光子通道周围的不变质量为750 GeV。我们调查的可能性,电流过剩是由于一个沉重的共振衰减到轻亚稳态,这反过来又给位移衰变非常高度准直$e^+e^-$对。这种衰变可以通过光子选择标准,并成功地模仿双光子事件,特别是在低计数。我们研究了两类这样的模型,其特征在于以下基本的生产和衰变链:$gg \to S\to A'A'\to (e^+e^-)(e^+e^-)$和$q\bar q \to Z' \to sa\to (e^+e^-)(e^+e^-)$,其中在第一步,一个重标量,$S$,或矢量,$Z'$,共振产生,衰减到轻亚稳矢量,$A'$,或(伪)标量,$s$和$a$。设置模型的参数来解释现有的过剩,并考虑到ATLAS探测器的几何形状,我们边缘化的重共振的属性,以获得预期的寿命和耦合的亚稳态光共振。我们观察到,在$A'$的情况下,质量和混合角$ε$的建议范围内的几个新一代的强度前沿实验。
2016-04-04 hep-ex hep-ph
How to save the WIMP: global analysis of a dark matter model with two s-channel mediators
一个可靠的比较不同的暗物质(DM)搜索需要模型,满足一定的一致性要求,如规范不变性和微扰么正性。作为一个很好的动机的例子,我们研究两个中介DM(2 MDM)。该模型基于自发破缺的$U(1)'$规范对称性,包含一个Majorana DM粒子以及两个$s$ -通道介体,一个矢量($Z'$)和一个标量(暗希格斯玻色子)。我们执行一个全球性的扫描模型的参数,假设DM遗迹密度是通过在早期宇宙中的热冻结,并施加一个大的约束:直接和间接DM搜索,单喷流,双喷流和双轻子搜索在对撞机,希格斯观测,电弱精度测试和微扰么正性。我们的结论是,热DM只允许接近一个$s$通道共振或如果至少有一个调解人是轻于DM颗粒。在这些情况下,可以获得热DM丰度,尽管DM与标准模型的耦合很小。有趣的是,我们发现,矢量介导的DM-核子散射导致相关的限制,尽管速度抑制的截面,和间接检测可以是重要的,如果DM湮灭到两个介质是运动学允许的。
2016-09-26 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino portals to MeV WIMPs with s-channel mediators
本研究构建了满足标准模型规范不变性的标量/费米子暗物质紫外完备模型,暗物质通过s道标量或赝标量媒介子湮灭为中微子且由轻子数对称性稳定,其参数空间可由在建中微子探测器与CMB-S4联合几乎完全探测,用于检验热退耦范式。
2025-03-24 hep-ph
Resonant probing spin-0 and spin-2 dark matter mediators with fixed target experiments
本文提出利用电子固定靶实验中电磁簇射产生的次级正电子与原子电子湮灭来产生自旋-0和自旋-2暗物质媒介粒子,并推导了NA64和LDMX的增强探测灵敏度范围。
2023-07-03 hep-ph
Dark Matter abundance via thermal decays and leptoquark mediators
我们探索了一种再现暗物质(DM)丰度的新机制:DM粒子对轻标准模型粒子的散射。如果DM经历冻结并且具有大约或低于π介子质量的质量,则其衰变的强边界可以满足。例如,在理论中,右手中微子通过轻夸克交换与带电费米子相互作用。这些leptoquark可以链接到的B-物理异常的动机,如果假设的味道结构。DM信号是不寻常的,具有直接和间接检测的有趣的可能性。实现热冻结,而不是需要一个以上的DM味模型,耦合参数小于通常的对湮灭所需的。
2022-07-28 astro-ph.CO hep-ph
Dark matter amnesia in out-of-equilibrium scenarios
在早期宇宙中,标准模型粒子的湮灭以极低的速率产生暗物质的模型使我们能够解释当前的暗物质遗迹密度,同时轻松地避开传统的实验限制。在暗物质通过新的物理介质与标准模型相互作用的情况下,暗区的早期宇宙动力学可能特别复杂,因为暗物质和介质可能彼此处于热平衡和化学平衡。这种平衡是通过双康普顿散射和韧致辐射等数量变化过程发生的,这些过程的振幅计算起来很麻烦。在本文中,我们表明,在参数空间的大区域,这些平衡机制并没有显着影响最终的暗物质遗迹密度。特别地,对于一个光暗光子介质的模型,遗迹密度可以通过考虑暗物质仅仅是通过标准模型粒子的湮灭产生而合理地估计。这一结果大大简化了一大类暗物质理论的处理,特别是促进了遗迹密度约束对当前和未来实验边界的叠加。
2018-12-20 astro-ph.CO hep-ph
Dark matter from mediator decay in early matter domination
本研究探讨早期物质主导时期媒介粒子衰变产生暗物质的机制,发现带标准模型荷的媒介粒子衰变产额远高于标准冻结通道,且暗物质遗迹丰度要求严格约束了数TeV以上暗物质的参数空间。
2024-07-09 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Universal Properties of Pseudoscalar Mediators
我们讨论了普适信号的一致性模型的赝标介质的对撞机搜索暗物质。只保留由于相容性条件而不能解耦的自由度,我们提出了一类普适的简化模型,该模型具有赝标介体和与标准模型场的可重正化耦合.我们计算的稳定性和微扰性的约束,限制从电弱精密测量,对撞机搜索新的重粒子,以及约束从遗迹密度测量和间接探测实验搜索信号的暗物质湮灭到光子。我们发现,单- $Z$最终状态是最强的,这类模型的通用信号,与其他签名存在于不同的紫外线完成,可以用来区分它们。
2017-12-18 hep-ph
Interpreting the Fermi-LAT gamma ray excess in the simplified framework
我们测试的可解释性,马约拉纳费米子暗物质候选人与标量介体解释的伽马射线过剩从银河系中心。假设调解人耦合到所有第三代费米子,我们计算暗物质丰度和散射的原子核,伽马,正电子和反质子宇宙射线通量,从暗物质湮灭的无线电发射,以及暗物质湮灭的CMB上的效果观测。在排除了有争议的射电观测之后,其余的数据倾向于暗物质(介质)质量在10-100(3-1000)GeV范围内,与底夸克和τ轻子的弱关联耦合在68%的可信度水平上为10^{-3}-1。
2015-05-25 hep-ph
Black Holes, Dark Matter Spikes, and Constraints on Simplified Models with $t$-Channel Mediators
银河系中心超大质量黑洞附近亚秒差距区域的暗物质密度尖峰可以提供来自暗物质湮灭的潜在可观测伽马射线信号。以费米- $LAT$数据的伽马射线通量从点源3FGL J1745.6- 2859 c(Sgr A*),我们计算得到的约束DM的通用模型,允许的可能性的一个不可忽略的速度依赖的组件的湮灭截面。我们考虑了各种选择的天体物理参数,描述的尖峰配置文件,并发现伽玛射线通量强烈依赖于这些选择,特别是建模的尖峰耗尽效应,由于重力与重子的相互作用,这会影响尖峰半径和陡度配置文件。我们计算的DM参数空间的衰减和理想化的尖峰,考虑不同的选择在每种情况下的陡度配置文件上的约束。我们发现,对于最保守的参数选择,对应于一个耗尽的尖峰与NFW尖点配置文件,伽马射线通量为100 GeV的热遗迹是低于目前的观测约束的几个数量级。对于与尚未衰减的尖峰相对应的参数的更乐观的选择,可以针对陡度曲线的各种选择获得DM质量的界限。然后,我们专门到一类简化模型的费米子DM,湮灭占主导地位的$t-$通道交换的两个标量介体与任意混合角$α$,并计算间接检测约束来自DM穗。一路上,我们讨论的天体物理参数描述DM尖峰的约束,以银河系中心多余的DM湮灭的信号。
2017-09-13 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Galactic Center Excess in Gamma Rays from Annihilation of Self-Interacting Dark Matter
费米-LAT望远镜的观测发现,银河系中心有一个显著的$γ$射线过剩。在银河系矮球状星系的方向上还没有探测到类似的信号。此外,天文观测表明矮星系和其他暗星系的密度比最简单的冷暗物质模型预测的要小。我们发现,一个自相互作用的暗物质模型与粒子质量约50 GeV湮灭的介质负责强自相互作用可以同时解释所有三个观测。介质必然是不稳定的,它的质量必须低于约100兆电子伏,以降低暗星系的密度。如果介质衰变为电子-正电子对,其截面与热残余值的数量级相同,那么我们发现这些对可以上散射星际辐射场,并产生观测到的$γ$射线过剩。我们表明,这个模型是兼容的所有当前的约束和突出的可检测的签名独特的自相互作用的暗物质模型。
2015-01-14 astro-ph.HE hep-ph
Dark Matter Annihilation into Four-Body Final States and Implications for the AMS Antiproton Excess
我们把暗物质湮灭看作是标准模型粒子的一组末态,包括由中间态衰变产生的两体和四体末态。对于质量约为10-10^5 GeV的暗物质,我们使用普朗克和费米-LAT、MAGIC和VERITAS等高伽马射线实验的更新数据来约束每个末态的湮灭截面。普朗克约束是在整个质量范围内湮灭为轻轻子的最严格的约束,费米-LAT约束是质量高达~10^4 GeV的四体末态最严格的约束。我们根据最近AMS反质子的结果考虑了这些限制,并表明对于轻介质,当质量为mx ~ 60-100 GeV的暗物质和介质质量mx/mx ~< 1时,用暗物质解释AMS数据是可能的,并且与费米-LAT内星系测量保持一致。
2017-09-21 astro-ph.HE hep-ph
Impact of Mass Generation for Simplified Dark Matter Models
在通常研究的简化暗物质模型中,暗场的质量产生机制通常没有被指定。我们表明,暗物质的相互作用类型,因此湮灭过程的遗迹密度和间接检测相关的,是强烈的暗扇区粒子的质量产生机制,并要求规范不变性。我们专注于一类模型中,费米子暗物质耦合到一个自旋1矢量或轴向矢量介质。然而,为了产生暗扇区质量项,在大多数情况下需要引入暗希格斯场,因此自旋0标量介体也将存在。在所有暗扇形场通过耦合到单个暗扇形希格斯场而获得质量的情况下,自旋1介体到暗物质的轴向矢量耦合是强制性的;矢量耦合也可以根据电荷分配而存在。对于所有其他的质量生成选项,只允许自旋为1的介质和暗物质之间的纯矢量耦合。如果不遵守这些耦合限制,可能会得到非物理的结果,例如在高能量下破坏幺正性。这两个中介的情况下,导致重要的现象,不会出现在单一的中介模型。我们调查的双介质暗物质模型,其中包括矢量和标量介质,并探讨其遗迹密度和间接检测现象。
2016-10-10 astro-ph.CO hep-ph
Dark matter self-interactions from spin-2 mediators
我们提出了一种新的机制,使暗物质自我相互作用的存在下,一个巨大的自旋2调解。推导出的暗物质的Yukawa型势与暗物质的自旋在动量膨胀的首阶无关,因此也与暗物质自散射的非微扰效应无关.我们发现,玻恩截面和相对温和的共振效应有助于使自散射截面速度依赖。我们讨论了如何规避目前的间接限制暗物质湮灭,并表明该模型是勉强兼容的大规模自旋2粒子的幽灵自由实现微扰么正性。
2021-09-03 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Probing scalar, Dirac, Majorana and vector DM through spin-0 electron-specific mediator at the electron fixed-target experiments
本文探讨了通过电子特异性自旋0媒介体湮灭产生的各类轻暗物质热靶曲线,并分析了在NA64e和LDMX等固定靶实验中的产生机制与实验覆盖范围,与热靶参数空间互补。
2023-12-25 hep-ph
Powerful Solar Signatures of Long-Lived Dark Mediators
暗物质在太阳中的捕获和湮灭可以产生可探测的高能中微子,这为暗物质-质子散射截面提供了一个探测器。我们考虑的情况下,湮灭收益通过长寿命的暗介质,这使得伽马射线逃离太阳,减少中微子的衰减。对于伽马射线,由于费米对GeV太阳伽马射线的详细测量,以及HAWC和LHAASO在TeV范围内前所未有的灵敏度,有令人兴奋的新机会。对于中微子,增强的通量,特别是在更高的能量($\sim$ TeV),允许更灵敏的暗物质搜索与冰立方和KM 3 NeT。我们发现,这些搜索通道可以是非常强大的,潜在的提高灵敏度的暗物质自旋相关的散射截面的几个数量级相对于目前的搜索高能量太阳中微子,以及直接检测实验。
2017-06-30 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Search for Scalar Dark Matter via Pseudoscalar Portal Interactions: In Light of the Galactic Center Gamma-Ray Excess
根据观测到的银河系中心γ射线过剩,我们研究了标量暗物质通过赝标量介质与夸克相互作用的简化模型。如果低速暗物质通过一个$s$通道离壳介质湮灭,主要进入$\bar{b} b$,和/或直接湮灭成两个${\it hidden}$在壳介质,随后衰变成夸克对,则参数空间的可行区域也可以解释遗迹密度并逃避当前的搜索。这两种湮灭都是$s$波。由高亮度LHC灵敏度设定的预计单喷流极限可能会限制有利的参数空间,其中介质的质量比暗物质质量大2倍。我们表明,矮球状星系的15年费米-LAT观测的投影灵敏度可以提供一个严格的约束,在这个模型中允许的最参数空间。如果壳层介质通道对暗物质湮灭截面的贡献超过50 $\%$,则可以在计划的PICO-500 L实验中探测这种具有较轻介质的模型。
2018-07-24 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Strong CMB Constraint On P-Wave Annihilating Dark Matter
我们考虑一个黑暗的部门组成的暗物质,这是一个狄拉克费米子和标量介体。这种模式在过去已经被广泛研究。如果标量以宇称守恒的方式耦合到暗物质,那么暗物质湮灭到两个介质中是由P波通道主导的,因此在非常低的动量下被抑制。由于这种抑制,通常认为该模型中不存在来自宇宙微波背景各向异性的间接探测约束。在这封信中,我们表明,暗物质湮灭到束缚态发生通过S波,因此有一个约束的参数空间的模型从宇宙微波背景。
2016-06-07 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Scalar Dark Matter Candidates -- Revisited
鉴于探索GeV尺度以下新物理学的重大实验和观测进展,我们重新审视了MeV至GeV质量范围内轻标量暗物质的可能性,并通过费米子或矢量介体与电子耦合。我们建立了新的限制,从电子对撞机和固定目标光束,并推导出循环引起的过程,探测精密物理,在其他实验室探头的强度。此外,我们还计算了SN 1987 A的冷却边界,考虑了自散射、结构形成和宇宙学约束,以及直接探测实验中暗物质-电子散射的限制。然后,我们表明,约束的组合在很大程度上排除了这些粒子的银河湮灭可能解释长期存在的积分过剩的511千电子伏的光子在银河系的凸起观察到的可能性。作为这些结论的警告,我们确定了共振湮灭制度的矢量介质去近壳。
2021-03-17 astro-ph.CO hep-ph
Searching for Secluded Dark Matter with H.E.S.S., Fermi-LAT, and Planck
短寿命介质常被用来描述暗物质与标准模型粒子的相互作用。当暗物质的质量比介质的质量重时,它可能会自我湮灭成短命的介质,在某些情况下,这可能是主要的湮灭通道。这种情况被称为隐蔽的暗物质。我们使用费米LAT观测矮球状星系,H.E.S.S.来自银河系中心的数据,以及普朗克对宇宙微波背景的测量,以限制隐蔽的暗物质。我们探索这些实验之间的相互作用,我们评估的影响,我们的边界,一个经常被忽视,但非常重要的一点,介质质量。特别是,我们排除了对湮灭截面大于或$σv \sim 4 \times 10^{-27} {\rm cm^3/s}$的$10$~GeV周围的暗物质质量和更大或$σv \sim \times 10^{-25} {\rm cm^3/s}$的TeV周围的暗物质质量的顺序。我们的研究结果取代了以前的限制,使用费米-LAT数据,并构成了第一个限制隐蔽的黑暗部门使用H.E.S.S.望远镜我们还表明,可以拟合TeV伽马射线观测从H.E.S.S.与隐蔽的暗物质湮灭,与介质质量影响最适合的暗物质粒子质量。我们的研究结果表明,在间接检测的背景下,隐蔽的黑暗部门的任何评估显着取决于介质质量的选择。
2017-11-23 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Bounds on Long-lived Dark Matter Mediators from Neutron Stars
该研究利用高能中微子观测,对带有长寿命中微子衰变媒介子的重暗物质理论参数空间给出约束,证明其可补充地面探测、覆盖常规手段无法触及的参数区间。
2023-06-15 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
New realisation of light thermal dark matter with enhanced detection prospects
本文提出通过MeV尺度一阶相变急剧改变媒介质量来恢复GeV尺度暗物质遗迹丰度的新机制,同时增强直接探测信号并解释小尺度结构问题,且预言了PTA可探测的纳赫兹引力波。
2024-11-20 astro-ph.CO hep-ph
Unitarity, real-intermediate states, and fixed-order approach to resonant dark matter annihilation
研究微扰幺正性在共振暗物质湮灭中的作用,通过系统纳入全纯割线消除奇异性,得到窄宽度近似的固定阶修正,避免中间态双重计数。
2024-01-17 hep-ph
The Galactic Center Excess from the Bottom Up
最近的研究表明,底夸克的暗物质湮灭与费米-LAT数据中确定的银河系中心γ射线过剩非常吻合。在有利的暗物质质量范围$m\sim 30-40$ GeV,实现最佳拟合湮灭率$σv \sim 5\times 10^{-26}$ cm $^{3}$ s $^{-1}$与微扰耦合需要一个sub-TeV介质粒子,与暗物质和底夸克相互作用。在本文中,我们考虑了最小可行的情况下,一个标准模型单重介导的s-通道之间的相互作用,只在暗物质和底夸克,侧重于轴矢量,矢量和赝标量耦合。使用模拟,包括壳层介质的生产,我们表明,现有的sbottom搜索目前提供了最强的灵敏度在一个大区域的青睐的参数空间解释的伽马射线过剩,特别是轴向矢量相互作用。13 TeV的LHC将更加敏感;然而,它可能不足以完全覆盖有利的参数空间,并且赝标量方案将仍然不受这些搜索的约束。我们还发现,直接检测的限制,通过底夸克回路诱导,补充碰撞边界,不利于矢量电流相互作用时,调解人的重量超过两倍的暗物质质量。我们还提出了一些简单的模型,产生赝标量介导的湮灭主要是底夸克。
2014-04-11 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Sommerfeld Enhancement from Quantum Forces for Dark Matter
本文首次计算了量子力诱导的索末菲因子(含玻色子与费米子介导粒子及背景修正),揭示了温度诱导共振峰和同模型中增强与抑制并存等新特征,并应用于暗物质冻结、CMB谱畸变和间接探测。
2025-11-08 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Possible s-wave annihilation for MeV dark matter with the 21-cm absorption
CMB观测对MeV暗物质(DM)在s波中湮灭成带电态/光子设置了严格的限制,而最近EDGES报道的宇宙黎明21 cm吸收的观测对MeV DM的s波湮灭也是非常严格的。文献中考虑了在冻结期间p波主导湮灭的毫荷电DM,以解释21 cm吸收,光子介导散射冷却氢。在本文中,我们专注于湮灭的毫荷电DM是s波占主导地位。为了解释21-cm吸收,同时与CMB和21-cm吸收边界兼容DM湮灭,我们认为湮灭接近共振,新介质(这里是暗光子)质量略高于两倍的毫荷电DM质量。在这种情况下,在温度$T \to 0$下的湮灭截面可以比在$T_f$下的湮灭截面小得多,这将被DM湮灭的界限所容许,避免了从DM s波湮灭到氢气的过度加热。束流收集器和轻子对撞机实验可以通过产生不可见的暗光子来寻找毫荷电DM。
2019-08-08 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter Abundance from Sequential Freeze-in Mechanism
本文对早期宇宙中暗物质产生的顺序冻结机制进行了深入的分析。在这个机制中,暗物质的残余密度是由介质粒子的对湮灭产生的,介质粒子本身是由标准模型粒子的热碰撞产生的。低于某个临界值的介质耦合到标准模型领域,这个顺序通道主导了通常的冻结,其中暗物质直接产生于热碰撞,即使当介质是不是在热平衡。后一种情况需要计算介质的完整非热分布,有限温度校正对此特别重要。
2020-05-13 hep-ph