Relic neutrino decoupling with flavour oscillations revisited
本文研究了早期宇宙中中微子在三味振荡下的退耦过程。通过求解中微子密度矩阵的动量相关动力学方程,首次得到了中微子谱的演化,其中包括了对角和非对角元素的碰撞积分。这种改进的计算修改了中微子密度矩阵的非对角元素的演化,改变了冻结中微子谱偏离平衡态的情况。然而,它不会改变中微子对宇宙学能量密度的贡献,通常以中微子的有效数N_eff表示。我们发现N_eff=3.045,与以前的理论计算和普朗克数据的最新分析相一致。这个结果不依赖于中微子质量的排序。我们还考虑了非标准中微子-电子相互作用(NSI)的影响,在许多理论模型中预测中微子获得质量。对于目前数据允许的两组NSI参数,我们发现N_eff可以降低到3.040或提高到3.059。
2016-06-22 astro-ph.CO hep-ph
Dark matter kinetic decoupling with a light particle
我们认为,声阻尼的物质功率谱是不是一个通用的功能动力学解耦的暗物质,但即使是增强可以实现依赖于动力学解耦的性质相比,在标准的冷暗物质模型。我们考虑一个具有${\it sudden}$动力学解耦的模型,并在该模型中数值研究了${\it standard}$宇宙学背景中的宇宙学扰动。我们也给出了一个分析讨论在一个简化的设置。我们的研究结果表明,动力学解耦的性质可能有很大的影响,小尺度的密度扰动。
2017-03-07 astro-ph.CO hep-ph
Local clustering of relic neutrinos with kinetic field theory
本文首次将动理学场论应用于有质量中微子,通过微扰展开计算遗迹中微子在地球附近的局域过密度,结果与现有最先进计算高度一致。
2023-08-02 astro-ph.CO hep-ph
Heavy Higgs Resonances for the Neutralino Relic Density in the Higgs Decoupling Limit of the CP--noninvariant Minimal Supersymmetric Standard Model
在具有$R$ --宇称的超对称理论中,最轻的中性伴子是解释宇宙中冷暗物质的一个令人信服的候选者。在CP不变理论中,如果早期宇宙中的中性伴子湮灭通过s通道$A$漏斗发生,则可以根据最新的WMAP数据找到中性伴子遗迹密度。相反,在CP-非不变理论中,两个重中性希格斯玻色子可以贡献希格斯漏斗机制显着由于CP-破坏{ \it复杂}混合两个重态,特别是当他们几乎简并。通过一个简单的解析和数值分析,我们证明了CP破坏的Higgs混合可以改变重Higgs漏斗中的中性伴子残余密度{ \it significantly}的轮廓,中性伴子质量接近重Higgs质量的一半.
2006-02-13 hep-ph
Late Kinetic Decoupling of Light Magnetic Dipole Dark Matter
本文研究了轻磁偶极子(小于10 GeV)暗物质(DM)的动力学退耦.我们发现,目前的边界从对撞机,直接DM搜索,和结构的形成允许磁偶极子DM保持与早期宇宙等离子体的热平衡,直到迟的电子正电子湮没时代。这种后期动力学退耦导致最早期暗原晕的最小质量为数千太阳质量,而传统的弱尺度DM方案则为10^{-6}太阳质量。
2016-03-28 astro-ph.CO hep-ph
DRAKE: Dark matter Relic Abundance beyond Kinetic Equilibrium
我们介绍德雷克,一个数值精度工具预测的暗物质遗迹丰度也在冻结过程中的动力学平衡的标准假设的情况下,可能不会得到满足。德雷克配备了一套三个专用的玻尔兹曼方程求解器,分别实现了传统上采用的暗物质数密度方程,耦合数密度和速度色散演化的类流体方程,以及相空间分布的完整数值演化。我们回顾这些方法的一般动机,并举例说明,突出三个具体类别的模型,动力学和化学解耦交织在一起的方式,定量影响的遗迹密度:i)暗物质湮灭通过一个狭窄的共振,ii)Sommercant-enhanced湮灭和iii)“禁止”湮灭的最终状态是运动学上无法进入的阈值。我们讨论了所有这些情况下的一些细节,表明普遍采用的,传统的治疗方法可能会导致在估计的遗物密度是错误的高达一个数量级。公开发布的德雷克,以及如何计算混凝土模型中的遗迹密度的几个例子,提供在drake.hepforge.org
2021-08-04 astro-ph.CO hep-ph
Local clustering of relic neutrinos: Comparison of kinetic field theory and the Vlasov equation
该研究通过动理学场论微扰方法与Vlasov方程二阶微扰解分析遗迹中微子局域成团,证明两种形式等价,且发现二阶微扰会高估密度,揭示微扰论的动量相关失效特性。
2024-04-17 astro-ph.CO hep-ph
Elastically Decoupling Dark Matter
我们提出了一个新的暗物质候选者,一个Elders退耦遗迹(ELDER),这是一个冷的热遗迹,其目前的丰度是由它的弹性散射的横截面上的标准模型粒子。预测候选的暗物质的质量范围从几MeV到几百MeV,并且与电子、光子和/或中微子的弹性散射截面在$10^{-3}-1$ fb范围内。
2015-12-14 hep-ph
Relic neutrino decoupling including flavour oscillations
在早期宇宙中,当电子-正电子对湮灭时,中微子会发生轻微耦合,并将它们的熵转移给光子。这一过程产生了中微子光谱的非热畸变,这种畸变取决于中微子的味道,nu_e的畸变比nu_mu或nu_tau的大。通过求解中微子谱的动量相关动力学方程,研究了三中微子味振荡对中微子退耦过程的影响。我们发现,振荡并没有从本质上改变中微子能量密度的总变化,以中微子的有效数计算,N_eff=3.046,而对原始4 He的产生的微小影响增加了O(20%),高达2.1 x 10^{-4}。这些结果是稳定的中微子混合参数目前有利的区域内。
2005-06-16 astro-ph hep-ph
Thermal abundance of non-relativistic relics with Sommerfeld enhancement
我们提出了一个分析处理计算的遗迹丰度的非相对论性粒子的湮灭率在化学去耦索末菲增强增加。我们发现近似合理的功能,密切配合索末菲增强截面的无质量限制的S-和P-波湮灭的力载体的热平均。我们证明,与近似的热平均截面的实施,标准的分析方法,最终的遗物丰度提供的准确性在1%以内,即使是索末菲增强的情况下。
2011-08-03 astro-ph.CO hep-ph
Effects of non-standard neutrino-electron interactions on relic neutrino decoupling
本文研究了在非标准中性流中微子-电子相互作用(NSI)条件下早期宇宙中中微子的退耦。我们首先讨论了一个半解析的方法来解决相关的动力学方程,然后提出了完全数值和动量依赖的计算结果,包括味中微子振荡。我们提出了我们的结果在两个方面的有效中微子物种数(N_eff)和大爆炸核合成过程中产生的He-4的丰度的影响。我们发现,在目前的实验室数据允许的范围内的NSI参数,非标准的中微子-电子相互作用并没有从根本上修改遗迹中微子的密度,也没有从宇宙学观测的中微子属性的界限,如它们的质量。尽管如此,中微子-电子NSI的存在可能会增强从电子-正电子对到中微子而不是光子的熵转移,直到N_eff=3.12。这几乎是对标准弱相互作用出现的N_eff=3的修正的三倍。
2006-09-01 astro-ph hep-ph
The effect of quark interactions on dark matter kinetic decoupling and the mass of the smallest dark halos
暗物质(DM)与原始等离子体的动力学解耦决定了第一个和最小的暗物质晕的大小。迄今为止,对DM动力学退耦的研究大多忽略了DM与等离子体中夸克之间的相互作用。在这里,我们说明了他们的重要性,使用两个框架:最小超对称标准模型(MSSM)的版本和有效的DM夸克相互作用算子的有效场论。我们连接粒子物理学和天体物理学获得的最小的暗物质晕尺寸从对撞机数据和直接暗物质搜索实验的界限。在MSSM框架下,在超对称参数空间的大范围内,将DM-夸克相互作用添加到DM-轻子相互作用中,使最小的暗物质晕质量增加一倍以上。
2012-11-29 astro-ph.CO hep-ph
The Thermal Abundance of Semi-Relativistic Relics
玻尔兹曼方程的近似解析解的粒子,无论是极端的相对论性或非相对论性时,他们从热浴解耦是公认的。然而,还没有已知的半相对论性退耦粒子的残余密度的解析公式。本文提出了一种新的湮没截面热平均值的计算方法,并找到了一种计算其残余密度的半解析方法。作为例子,我们考虑马约拉纳和狄拉克型中微子。我们表明,这样的半相对论遗迹不能很好的冷暗物质的候选人。然而,亚稳定的半相对论性遗迹的晚期衰变可能释放了大量的熵,从而稀释了其他不需要的遗迹的密度。
2009-08-11 astro-ph.CO hep-ph
A Fourth Exception in the Calculation of Relic Abundances
我们认为,暗物质丰度是由非弹性散射的退耦而不是湮灭决定的。如果暗物质从热浴中散射到质量相当的状态,这种共散射机制通常就会实现。共散射指向比弱标度指数轻的暗物质,并且具有抑制的湮灭率,避免了间接检测的严格限制。暗物质向上散射到一些状态,这些状态的晚期衰变会导致宇宙微波背景的黑体光谱发生可观测到的扭曲。
2017-12-16 astro-ph.CO hep-ph
Inelastically Decoupling Dark Matter
提出一种新的冷热遗迹暗物质候选体iELDER,其丰度由非弹性散射冻结及3→2自湮灭决定,质量在MeV-GeV范围,与普通物质耦合弱,并通过玩具模型和QCD类π介子理论展示探测前景。
2025-08-06 hep-ph
Suppressing structure formation at dwarf galaxy scales and below: late kinetic decoupling as a compelling alternative to warm dark matter
热暗物质宇宙学作为冷暗物质范式的替代方案已被广泛研究,其特征是在小宇宙尺度上抑制结构形成。如果标准的冷暗物质粒子与一种可能是暗物质的相对论粒子保持局部热平衡,直到宇宙冷却到千电子伏的温度,就会发生非常相似的情况。我们进行了系统的唯象研究这种可能性,并分类所有极小模型包含暗物质和任意的辐射成分,允许这样一个晚动力学解耦。我们恢复明确的情况下,最近在文献中讨论,并确定新的类的例子,是非常有趣的,从建模的角度来看。在其中一些模型中,暗物质不可避免地会自我相互作用,鉴于最近对这种可能性的观测支持,这是值得注意的。因此,暗物质模型具有后期动力学解耦的潜力,不仅可以缓解丢失卫星的问题,而且还可以解决小尺度宇宙学和谐模型的其他问题,特别是尖核和太大太失败的问题,在某些情况下,无需调用任何额外的输入。
2016-11-30 astro-ph.CO hep-ph
Kinetic Decoupling and Small-Scale Structure in Effective Theories of Dark Matter
最小的暗物质坍缩结构或原晕的大小取决于暗物质粒子脱离动力学平衡的温度。动力学退耦过程涉及早期宇宙中暗物质从标准模型粒子上的弹性散射,因此相关的截面与暗物质从原子核上散射(直接探测)的截面密切相关,而且通过交叉对称性,与对撞机上的暗物质对产生和对湮灭的截面密切相关。在这项研究中,我们采用有效的场论方法来计算动力学解耦温度的限制,从而对最小的原晕的大小,从各种直接,间接和碰撞探测粒子暗物质。
2013-07-04 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Towards a full description of MeV dark matter decoupling: a self-consistent determination of relic abundance and $N_{\rm eff}$
MeV质量尺度的热暗物质在中微子退耦和电子湮灭的高度非平凡时期有其丰度。解决多个相互作用的相对论和非相对论扇区的玻尔兹曼方程所附带的技术障碍迄今为止已经阻止了对这个问题的全面处理。在这里,第一次,我们计算冻结出轻暗物质,考虑到能量转移之间的黑暗部门,中微子,和电磁相互作用的等离子体湮灭和弹性散射过程一样。我们开发了一种数值上可行的处理方法,可以跟踪冻结过程中的光子和中微子温度,并对暗物质湮灭通道的任意分支比进行精确的$N_{\rm eff}$预测。此外,我们的治疗解决了第一次的暗物质温度演变跨越冻结涉及三个部门。它进入速度依赖的湮灭通道的效率和一个味盲$p$波湮灭到电子和中微子对的所有世代,我们发现目前的普朗克数据排除了一个复杂的标量暗物质粒子的质量为$m_ϕ\leq 7$兆电子伏。
2022-09-18 astro-ph.HE hep-ph
Relic Density of Asymmetric Dark Matter with Sommerfeld enhancement
我们研究了非对称热暗物质在化学退耦时的湮灭率随索末菲增强效应的变化。本文从数值和解析两方面详细分析了$s$ -和$p$ -波索末菲增强湮灭截面对非对称暗物质粒子和反粒子残余丰度的影响。利用暗物质残余密度的观测数据,给出了对耦合和非对称因子的约束条件。
2020-09-01 hep-ph
Dilaton dominance in the early Universe dilutes Dark Matter relic abundances
暗子场的作用及其与物质的耦合可能导致暗物质(DM)遗迹密度的稀释。这与经典的场景形成对比,在经典的场景中,由于膨胀率的修改,遗迹密度增加,因为宇宙在DM去耦时不是辐射主导的。此外,膨胀子场还通过与尘埃的耦合作用影响遗迹密度,使遗迹丰度降低。因此,两个独立的机制相互竞争,导致,在一般情况下,减少的遗迹密度。如果直接暗物质实验指向小的中性伴子-核子截面,这意味着小的中性伴子湮灭率和大的遗迹密度,至少在流行的超对称场景中,这个特征可能是受欢迎的,可以挽救这种情况。在存在稀释机制的情况下,可以满足两个实验约束。在非临界弦论的背景下,已经研究了介子在这种机制中的作用,但在这项工作中,我们遵循一个相当普遍的方法,假设介子只在大爆炸核合成之前的早期时代占主导地位。
2011-04-30 astro-ph.CO hep-ph
Kinetic decoupling of neutralino dark matter
在早期宇宙中中性伴子停止湮灭之后,它们仍然可能从原始等离子体中的其他粒子弹性散射。然而,在某个时间点,它们最终会停止散射。我们计算中性伴子从标准模型粒子的弹性散射的截面,以确定这种动力学解耦发生的时间。我们发现,动力学去耦发生在$T\sim$兆电子伏以上的温度。此后,中性伴子作为无碰撞的冷暗物质。
2001-06-08 astro-ph hep-ph
Trading kinetic energy: How late kinetic decoupling of dark matter changes $N_{\textrm{eff}}$
暗物质粒子和相对论性物质(如光子或中微子)之间的弹性散射导致能量从后者转移,这是由于它们本质上不同的温度标度关系。在这项工作中,我们指出,这种能量从辐射浴虹吸表现为中微子的有效数量$N_{\rm eff}$的变化,并计算预期的位移$ΔN_{\rm eff}$为暗物质-光子和暗物质-中微子弹性散射的函数的暗物质质量$m_ψ$和散射截面$σ_{ψ-X}$。对于$(m_ψ,σ_{ψ-X})$ -参数区域已经探索了非线性探针,如莱曼- $α$森林通过碰撞和/或自由流动阻尼,我们发现的移位$|ΔN_{\rm eff}| \simeq O(10^{-2})$,这可能是在所提出的CMB-S4实验的范围内。然而,对于大多数尚未探索的参数空间,我们期望$|ΔN_{\rm eff}| \lesssim O(10^{-3})$。一个理想的21厘米断层摄影调查的黑暗时代只限于宇宙的变化是潜在的敏感$|ΔN_{\rm eff}| \simeq O(10^{-6})$,在这种情况下,暗物质质量高达$m_ψ \sim 10 \, \textrm{MeV}$可以通过其对$N_{\rm eff}$的影响进行探测。
2019-01-07 astro-ph.CO hep-ph
Thermal Relic Targets with Exponentially Small Couplings
如果暗物质是在早期宇宙中通过湮灭与已知粒子的解耦而产生的,那么它的耦合大小就有了一个明确的实验目标。我们表明,如果暗物质产生的非弹性散射对一个较轻的粒子从热浴,那么它的耦合可以指数小于耦合所需的生产从湮灭。作为一个应用,我们证明了暗物质对电子的非弹性散射产生的直接探测和固定目标实验提供了新的热遗迹目标。
2019-06-21 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Kinetic recoupling of dark matter
本文提出暗物质在动力学退耦后可重新进入动力学平衡(动力学重耦合),并研究其对物质功率谱的复杂影响,为未来观测追溯暗物质微观物理提供线索。
2024-07-03 astro-ph.CO hep-ph
Early kinetic decoupling and a pseudo-Nambu-Goldstone dark matter model
本文研究了伪南武-戈德斯通(pNG)暗物质(DM)模型中的早期动力学解耦效应。在早期宇宙中,粒子与热浴中粒子的pNG DM散射过程被小动量转移所抑制。结果,不能保持动力学平衡,并且DM的温度不同于冻出时期的热浴的温度。这种温差影响DM的热遗迹丰度。我们研究了早期动力学退耦在希格斯共振区,50 GeV的$\lesssim m_χ\lesssim m_h/2$,其中$m_χ$是DM的质量,和$m_h/2 \simeq$ 62.5 GeV。我们发现文献中为获得DM能量密度的测量值而确定的DM-Higgs耦合被低估了。耦合的增强导致了希格斯粒子不可见衰变率的增大。它扩大了在对撞机实验中发现来自希格斯玻色子衰变的DM信号的能力。
2021-08-07 hep-ph
Relic Neutrinos Probing Small Scale Primordial Non-Gaussianity
Virtual Institute of Astroparticle Physics(虚拟高能天体物理研究所);KEK Theory Center, Institute of Particle and Nuclear Studies, High Energy Accelerator Research Organization (KEK)(高能加速器研究机构粒子与核学研究所KEK理论中心);Kobayashi-Maskawa Institute for the Origin of Particles and the Universe, Nagoya University(名古屋大学小林-益川粒子宇宙起源研究所);ICREA(加泰罗尼亚高级研究院);Institute of Space Sciences (ICE-CSIC)(空间科学研究所(ICE-CSIC));Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)(加泰罗尼亚空间研究学院(IEEC));Department of Physics and Astronomy, Vanderbilt University(范德堡大学物理与天文学系)
该研究利用遗迹中微子记录电磁熵产生,通过声学阻尼推导出三次光子数源和折叠双谱窗口,建立响应核,从而将小尺度原初非高斯性与中微子捕获率直接关联。
2026-09-29 gr-qc hep-ph hep-th
Fermi-Dirac corrections to relic abundances
我们推导出了早期宇宙中大质量粒子数密度演化的方程,该方程正确地解释了费米-狄拉克(FD)统计。FD-校正是相当大的和潜在的重要性,如果解耦从热平衡发生在温度的顺序,或小于粒子的质量。这是一个例子。对于几MeV的τ中微子,在普通的弱相互作用下,
1992-11-09 hep-ph
Momentum distributions of cosmic relics: Improved analysis
我们解决耦合动量依赖玻尔兹曼方程的宇宙遗迹粒子的相空间分布,而不诉诸近似假设动力学平衡或忽略背散射或弹性相互作用。我们的方法适用于精确的数值计算。为了测试它,我们考虑两个基准模型的暗物质分布函数的动量依赖性是潜在的重要性:一个真正的单重标量扩展希格斯共振和不育中微子暗物质模型与单重标量介体。单重态标量的例子表明,即使在尖锐的共振附近,动力学平衡也可以保持得令人惊讶地好。然而,在极端情况下,综合方法可能会低估遗迹密度高达40%。在无菌中微子暗物质模型中,我们研究了包含先前忽略的弹性相互作用和过程与初始状态的无菌中微子如何影响其产生的分布的非热性质。在这里,这些影响被证明是可以忽略的,证明了早期预测的鲁棒性。
2022-06-08 astro-ph.CO hep-ph
Chemical and Kinetic Equilibrium in Cosmology: Facts and Myths
本文厘清早期宇宙中化学平衡与动力学平衡的本质区别,通过中微子退耦、轻子生成及多种暗物质场景说明二者退耦顺序依赖具体模型,强调相空间演化是获得稳健宇宙学预言的关键。
2025-09-23 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Aspects of production and kinetic decoupling of non-thermal dark matter
我们重新考虑非热生产的WIMP暗物质在一个系统的方式,并使用数值代码精确计算的暗物质遗迹密度。具有大对湮灭率的候选者是有利的,这表明与帕梅拉和费米探测到的轻子宇宙线通量中的异常有关。聚焦于超对称模型,我们将考虑非热产生对暗物质中性伴子的首选质量尺度的影响。我们还开发了一种新的形式主义来解决玻尔兹曼方程的coannihilating物种的系统不假设动力学平衡,并将其应用到纯Winos的情况下。
2011-11-28 hep-ph
Further studies on relic neutrino asymmetry generation I: the adiabatic Boltzmann limit, non-adiabatic evolution, and the classical harmonic oscillator analogue of the quantum kinetic equations
我们证明了从量子动力学方程(QKEs)导出的遗迹中微子不对称演化方程在绝热极限下与足够的阻尼一起降低到仅依赖于瞬时中微子数密度的玻尔兹曼极限。原始的绝热近似的物理和/或几何的解释,这是一个方便的视觉援助,以了解鲜明对比的共振行为所表现出的中微子系综在相反的碰撞制度。我们还提出了一个经典的模拟$ν_α$和$ν_s$数密度的差异的演变,在玻尔兹曼极限,是类似于通用反应$A \rightleftharpoons B$的行为,具有相等的正向和反向反应速率常数。本文首次提出了中微子系综的一个新的特征量--物质和碰撞影响的混合角。碰撞的作用是双重的:(i)消除固有的振荡,和(ii)平衡的$ν_α$和$ν_s$数密度在长期运行。非绝热演化及其可能与轻子数产生中的快速振荡的关系的研究也具有特色,并引入了用于碰撞影响振荡的绝热性参数。
2000-08-15 hep-ph
Enhancement of dark matter relic density from the late time dark matter conversions
我们证明,如果宇宙中的暗物质(DM)包含多个组件,DM组件之间的相互作用可能会导致DM转换。由于热退耦后DM转换过程的增强,湮灭截面远大于典型弱相互作用大质量粒子(WIMP)的最轻DM组分可能获得与宇宙学观测一致的残余密度.这为解释最近DM间接搜索实验报告的过度行为提供了一个替代来源。
2011-09-09 hep-ph
Is there a radio excess from the decoupling of pre-recombination bremsstrahlung?
最近有人提出,当热韧致辐射在复合之前发生共振时,会在低于GHz的频率下产生超过普朗克宇宙微波背景谱的辐射。值得注意的是,这也可以解释长期以来无法解释的河外射电背景预测的缺陷。在这个简短的说明中,我们重申,当物质和辐射保持动力学耦合时,没有这样的非热分量可以自己产生。
2022-05-16 astro-ph.CO hep-ph
Relic density and CMB constraints on dark matter annihilation with Sommerfeld enhancement
我们计算了暗物质粒子的遗迹密度是如何改变的,当它们的湮灭是由索末菲机制增强由于汤川相互作用的湮灭粒子。保持暗物质丰度与目前的观测范围一致,需要标准化的s-波湮灭截面相比,没有增强模型减少。抑制的水平取决于颗粒模型的具体参数,动力学解耦温度具有最大的影响。我们发现,截面可以减少多达一个数量级的极端情况下。我们还计算了这种Sommercury增强湮灭的能量注入所引起的CMB能谱的μ型畸变。我们的结果表明,在共振附近,与束缚态,扭曲可以足够大,以排除由COBE/FIRAS实验发现的上限|mu| <9.0 × 10 ^(-5)。
2010-03-04 astro-ph.CO hep-ph
Early kinetic decoupling effect on the forbidden dark matter annihilations into standard model particles
本研究针对含费米子暗物质与轻单态标量的禁戒暗物质湮灭场景,通过数值求解耦合玻尔兹曼方程,发现早期动力学退耦效应会使暗物质丰度比传统计算高近一个数量级,且会压缩实验约束下的可行参数空间。
2023-06-13 hep-ph
Cosmological bounds on masses of neutrinos and other thermal relics
随着精确数据的出现,宇宙学已经成为探测粒子物理学的一个非常强大的工具。最好的例子是轻中微子质量的宇宙学束缚。在这里,我回顾了宇宙学中微子质量边界的现状,以及在推导它们所涉及的各种不确定性。根据WMAP、SDSS和Lyman-alpha森林的数据,中微子质量之和的上限为0.65 eV(95% C.L.)。可以通过任何有关偏见的假设来推导。我也提出了新的限制其他光,热产生的粒子。例如,一个假设的新马约拉纳费米子在电弱相变附近的退耦必须有m < 5 eV。
2004-09-12 hep-ph
Millicharged Relics Reveal Massless Dark Photons
本研究提出借助宇宙微荷遗迹产生的有效暗光子质量引发早期宇宙光子-暗光子振荡,为探测无质量动力学混合暗光子,并探讨缓解大质量暗光子宇宙学约束的可能,推动地面精密探测相关参数空间。
2023-05-07 astro-ph.CO hep-ph
Self-interacting dark matter with a vector mediator: kinetic mixing with U(1)$_{(B-L)_3}$ gauge boson
自发破缺的U(1)$_h$规范对称性可以解释暗物质的稳定性和观测到的遗迹丰度。在这个框架中,轻规范玻色子可以调解强暗物质自相互作用,这解决了在无碰撞的冷暗物质中难以解释的天体物理观测。受风味大统一理论的启发,我们引入了右手中微子和第三族U(1)$_{(B-L)_3}$的风味$B - L$规范对称性。不需要的U(1)$_h$规范玻色子残余物通过与U(1)$_{(B - L)_3}$规范玻色子的动力学混合衰变为中微子。暗物质的间接探测边界被系统地削弱了,因为暗物质湮灭会产生中微子。然而,U(1)$_{(B - L)_3}$和U(1)$_Y$规范玻色子之间的动力学混合是由量子修正引起的,并导致在暗物质的直接和间接探测实验中可观察到的信号。该模型还可以通过热稀薄成因解释宇宙的重子不对称性。此外,我们还讨论了最近在LHCb实验中发现的半轻子$B$介子衰变中轻子味普适性破坏的可能性。
2019-02-06 astro-ph.CO hep-ph
Relic density of neutrinos with primordial asymmetries
我们研究味振荡在早期宇宙中,假设原始中微子反中微子不对称性。包括碰撞和对过程中的动力学方程,我们不仅估计的味道平衡的程度,但也是第一次中微子和周围的等离子体之间的动力学平衡。通常情况下,核-反连续不对称性的限制性BBN约束确实适用于先前文献中所声称的所有类型,但微调的初始不对称性总是允许大量幸存的中微子过量辐射,这可能会出现在精确的宇宙学数据中。
2009-06-04 astro-ph hep-ph
Non equilibrium spectra of degenerate relic neutrinos
我们计算宇宙中微子的精确动力学演化,直到完全去耦的情况下,当一个大的中微子不对称性存在。虽然没有被目前的观测排除,但这种大的不对称性可能具有相关的宇宙学后果,特别是可能有助于协调原始核合成与高重子密度,正如最近对宇宙微波背景辐射的观测所表明的那样。通过数值求解中微子分布函数的Boltzmann动力学方程,我们发现了平衡谱的动量相关修正,并简要讨论了它们的唯象意义。
2000-09-18 astro-ph hep-ph
PeV-Scale Dark Matter as a Thermal Relic of a Decoupled Sector
在这封信中,我们考虑了一类场景,其中暗物质是一个沉重的隐藏部门的一部分,是热解耦的标准模型在早期宇宙。暗物质通过湮灭到更轻的亚稳态而冻结,其随后的丰度可以自然地支配宇宙的能量密度。当这种状态衰变时,它会重新加热可见部分并稀释所有残余丰度,从而使暗物质比弱尺度重几个数量级。为了具体起见,我们考虑一个简单的实现与狄拉克费米子暗物质候选人耦合到一个大质量的规范玻色子,通过其动力学混合超荷衰变到标准模型。我们确定可行的参数空间中的暗物质可以作为重~1-100 PeV,而不会在早期宇宙过度生产。
2016-02-26 astro-ph.CO hep-ph
From direct detection to relic abundance: the case of proton-philic spin-dependent inelastic Dark Matter
我们讨论的策略,使推断的热遗迹丰度的弱相互作用大质量粒子(WIMP)时,相同的有效的六维算子,解释了实验过量的直接检测假设驱动去耦冻结,并将其应用到亲质子自旋依赖非弹性暗物质(PSIDM)的情况下,一个唯象的设置包含两个状态$χ_1$和$χ_2$与$m_{χ_2}>m_{χ_1}$,我们已经表明在以前的文件中解释DAMA效应符合其他检测器的约束。我们更新pSIDM的实验约束,扩展分析到最一般的自旋相关的动量相关的相互作用允许的非相对论性有效场论(EFT),并考虑在我们的银河系中的WIMP速度分布的一个halo独立的方法和一个标准的麦克斯韦。利用直接探测数据确定模型参数计算遗迹丰度的问题受到$f(v)$的强烈敏感性和WIMP局域密度与WIMP-核子散射截面之间的简并性的影响。因此,DM直接探测实验对EFT的物理截止尺度不直接敏感,而是对不依赖于遗迹丰度的实际值的某些维度组合敏感。然而,这种简并性可以用来发展一个一致性测试的可能性,即WIMP是一个热遗迹摆在首位。当我们把它应用到pSIDM的情况下,我们发现,只有一个WIMP与夸克的标准自旋相关的相互作用${\cal O}_{spin}$可以是一个热遗迹,银河系的速度分布,从麦克斯韦。然而,所有的$χ_2$状态今天必须已经衰减,这需要除了由${\cal O}_{spin}$操作符提供的机制之外的一些附加机制。
2017-04-24 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter Relic Abundance and Scalar-Tensor Dark Energy
引力的标量-张量理论提供了一个一致的框架来容纳超轻的精粹标量场。虽然等效原理在构造上受到尊重,但在核合成、宇宙微波背景和太阳系引力测试中可能会出现与广义相对论和标准宇宙学的偏差。在施加所有的边界来自这些观察,我们认为在WIMP退耦宇宙的膨胀率,表明它可以导致增强的暗物质遗迹密度高达几个数量级的标准情况。这种效应会对暗物质的超对称候选者产生影响。
2004-09-14 astro-ph hep-ph hep-th
The effect of the early kinetic decoupling in a fermionic dark matter model
我们研究了费米子暗物质模型中早期动力学退耦的效应,该模型仅通过交换希格斯玻色子与标准模型粒子相互作用。有两种DM-Higgs耦合,即CP守恒耦合和CP破坏耦合。如果DM的质量略低于希格斯玻色子质量的一半,则通过冻结机制抑制耦合以获得DM能量密度的测量值。此外,如果违反CP的DM-Higgs耦合大于保守CP的耦合,则热浴中DM从粒子上的散射过程会被小动量转移所抑制。由于抑制,DM的温度可以不同于热浴的温度。通过求解DM的数密度和温度的耦合方程,我们计算了DM-希格斯耦合,再现了DM遗迹丰度的正确数量。我们发现,耦合必须大于不考虑温差的情况下得到的耦合。DM-Higgs耦合增强的结果是Higgs不可见衰变分支比的增强。这种增强在当前和未来的对撞机实验中是可以检验的。
2020-05-06 hep-ph
Coscattering in next-to-minimal dark matter and split supersymmetry
在某些热残余暗物质的模型中,残余物质的丰度可能是由非弹性散射过程(而不是湮灭)决定的,随着宇宙冷却,散射过程变得低效。这种效应被称为共散射。我们提出了一个程序来数值求解全动量相关的玻尔兹曼方程的共散射,这使得精确计算的暗物质遗物密度,包括早期动力学解耦的影响。我们将我们的方法应用到一个简单的模型,包含一个费米SU(2)三重态和一个费米单重态与电弱尺度的质量,在小的三重态-单重态混合。残余物密度可以通过共湮灭或在混合角$θ\lesssim 10^{-5}$的值处通过共散射来设置。我们确定的参数范围,引起所观察到的遗迹丰度。作为一种特殊情况,我们在大$μ$上研究了分裂超对称中的类双星暗物质。
2020-02-14 hep-ph
Light Dark Matter from Entropy Dilution
我们表明,一个热遗迹,从标准模型(SM)等离子体,而相对论性可以是一个可行的暗物质(DM)的候选人,如果退耦之后是一个时期的熵稀释加热SM,但不是黑暗的部门。这种被稀释的热遗迹可以轻至keV,同时占DM的全部,并且与宇宙学和天体物理学测量不冲突。必要的稀释可以通过在早期物质主导时代主导宇宙能量预算的重态的衰变来实现。重态衰变为SM粒子,加热SM等离子体,并稀释隐藏扇区。在早期宇宙中,平衡两个扇区所需的相互作用对作为退耦温度函数的最大可能稀释度施加了限制。作为稀释热遗迹DM的一个例子,我们考虑一个轻狄拉克费米子与重暗光子介质。我们提出了从地球实验(当前和未来),天体物理学和宇宙学模型的约束。
2020-02-10 hep-ph
Dark matter as a heavy thermal hot relic
如果在早期宇宙时期,暗物质粒子在一个不与标准模型热浴一起热化的隐藏扇区中热化,那么它的相对论热退耦可以很容易地导致观察到的遗迹密度,即使暗物质粒子质量比通常的$\sim$ eV热遗迹质量标度重许多个数量级。这种简单的情况只需要隐藏扇区热浴的温度比标准模型热浴的温度低一到五个数量级。这样一来,最终的遗迹密度就只取决于暗物质的质量尺度和两个扇区的温度之比。在一个模型独立的方式,我们确定,这可以工作的暗物质质量的所有方式从$\sim 1$千电子伏到$\sim 30$ PeV。我们还展示了这种情况下的工作原理明确的两个说明性模型的框架。其中一个可以导致来自暗物质衰变的PeV中微子通量,其数量级与冰立方观测到的高能中微子所需的数量级相同。
2020-07-15 hep-ph
Spin-Flavor Oscillations of Relic Neutrinos in Primordial Magnetic Field
本研究探讨原初磁场对遗迹中微子的作用,证明狄拉克中微子可在早期宇宙通过自旋-味振荡半数变为惰性中微子,且该效应在标准模型磁矩数倍的实验约束下仍可实现,为新物理与宇宙磁场研究提供新视角。
2024-02-27 astro-ph.CO hep-ph
Resonance enhancement of dark matter interactions: the case for early kinetic decoupling and velocity dependent resonance width
出于增强暗物质(DM)自相互作用截面$σ_{\rm self}$的可能性,我们重新讨论了DM湮灭通过Breit-Wigner共振的问题。在这种情况下,热平均湮没截面具有很强的温度依赖性,而弹性散射DM的热浴颗粒被抑制。这导致早期动力学解耦DM和一个有趣的相互作用的DM密度和温度的演变,可以描述一组耦合玻尔兹曼方程。共振传播子的标准Breit-Wigner参数化也通过包括共振宽度的动量依赖性来校正。它已被证明,这种影响可能会改变DM遗物密度的预测在某些区域的参数空间的数量级以上。在阿贝尔矢量暗物质的理论中说明了与模型无关的讨论。该模型假设额外的$U(1)$对称群因子和一个额外的复杂的希格斯场需要产生一个质量的暗矢量玻色子,这提供了一个额外的中性希格斯玻色子$h_2$。我们讨论了$σ_{\rm self}$的共振放大。结果表明,如果适当地再现DM丰度,Fermi-LAT数据有利于重DM,并将$σ_{\rm self}$的增强限制在不能提供小尺度结构问题的解决方案的范围内。
2017-06-22 hep-ph
Further studies on relic neutrino asymmetry generation II: a rigorous treatment of repopulation in the adiabatic limit
我们推导出一个近似的遗迹中微子不对称演化方程,系统地纳入再布居过程的全量子动力学方程(QKEs)。结果表明,在碰撞占主导地位的时期,所述方程精确地减少到以前从静态/绝热近似获得的表达式。因此,目前的治疗提供了一个严格的理由,似乎不协调的假设,一个可以忽略的再生功能和瞬时再生有时在早期的作品。
2000-08-15 hep-ph
Massive Particle Decay and Cold Dark Matter Abundance
分析了衰变粒子主导的宇宙演化过程中冷遗迹的退耦现象,用数值和半解析方法计算了遗迹密度,并对结果进行了比较.使用合理的价值观(从超对称模型的角度来看)的质量和热平均截面倍的速度的冷遗物,我们调查的平衡或非平衡生产的热平衡。在这两种情况下,通过约束衰变粒子的再加热温度、其质量和产生的冷遗迹的平均数量,可以获得暗物质丰度的可接受结果。所需的再加热温度在任何情况下都低于约$20 {\rm GeV}$。
2005-03-08 astro-ph 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
A review of neutrino decoupling from the early universe to the current universe
本文综述了早期宇宙中残余中微子与电子、正电子和中微子相互作用所引起的光谱畸变。我们求解了中微子密度矩阵的积分-微分动力学方程,包括真空三味中微子振荡、电子和正电子背景振荡、碰撞项以及对电子质量和电磁等离子体的有限温度修正,直到次领先阶$\mathcal{O}(e^3)$。在此基础上,我们估计了中微子退耦过程中的光谱畸变对当前宇宙中宇宙中微子本底(C $ν$ B)的数密度和能量密度的影响,并讨论了这些影响对直接探测C $ν$ B对氚的俘获率的影响,重点讨论了PIMMY型实验。此外,我们还得到了中微子有效数$N_{\rm eff}=3.044$的精确值。然而,QED对弱相互作用率的修正在$\mathcal{O}(e^2 G_F^2)$量级和中微子通过自相互作用的前向散射在整个文献中还没有得到精确的考虑。最近的研究表明,这些忽略可能会导致$N_{\rm eff}$中$\pm(10^{-3} - 10^{-4})$的不确定性。
2022-11-02 astro-ph.CO hep-ph
Decoupling of non-strange, strange and multi-strange particles from the system in Cu-Cu, Au-Au and Pb-Pb collisions at high energies
采用Boltzmann-Gibbs统计的爆炸波模型,分析了中心碰撞和外围碰撞中非奇异粒子、奇异粒子和多奇异粒子的横动量谱.在特定的横动量范围内,模型计算结果与BRAHMS、STAR、SPS、NA 49和WA 97等合作组的实验数据基本一致。从颗粒的横向动量谱中提取了动力学冻结温度、横向流动速度和冻结体积方面的整体性质。在BRAHMS、STAR、SPS、NA 49和WA 97等实验中,由于相互作用粒子的反应截面不同,对非奇异粒子、奇异粒子和多奇异粒子观测到了不同的冻结温度,揭示了碰撞中的三重动力学冻结现象。而横向流速和冻出体积与颗粒质量有关,随颗粒静止质量的增加而减小。此外,中心核-核碰撞的动力学冻结温度、横向流速和动力学冻结体积均大于周边碰撞。此外,在最重核碰撞中观察到较大的动力学冻结温度和冻结体积,表明它们依赖于相互作用系统的大小
2021-08-19 hep-ph