Probing dark radiation with inflationary gravitational waves
最近的宇宙学观测表明存在额外的轻物质，即，暗辐射在本文中，我们表明暗辐射的签名是印在暴胀引力波的频谱。如果暗辐射是由大质量粒子衰变产生的，则引力波的高频模被抑制。此外，由于暗辐射引起的各向异性应力的影响，引力波谱可能在暗辐射产生时进入视界的频率处出现下降。一旦对引力波谱进行了详细的实验研究，我们就可以推断出宇宙中暗辐射是如何以及何时产生的信息。
2012-11-19 astro-ph.CO hep-ph
Linear scale bounds on dark matter--dark radiation interactions and connection with the small scale crisis of cold dark matter
现代宇宙学中的一个悬而未决的问题是冷暗物质范式的小尺度危机。越来越多的注意力最近致力于自相互作用的暗物质模型作为一个可能的答案。然而，解决所谓的“失踪卫星”问题还需要存在额外的相对论性粒子（称为暗辐射），与早期宇宙中的暗物质散射。在这里，我们调查的影响，不同的理论模型设计的暗物质暗辐射相互作用的大尺度宇宙学观测。我们使用宇宙微波背景数据，把约束的暗辐射成分和它的耦合到暗物质。我们发现，数据所允许的耦合值意味着一个截止尺度的晕质量函数与银河系中的卫星观测相匹配。
2017-06-26 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter-Radiation Scattering Enhances CMB Phase Shift through Dark Matter-loading
本研究探究暗物质与非光子辐射的散射作用，发现其可进一步放大CMB声波振荡的相移，通过耦合谐振子模型解析机制，并结合观测数据验证了相移增强与相互作用暗物质丰度的线性关联，为暗物质-辐射相互作用模型提供新的观测特征。
2025-02-11 astro-ph.CO hep-ph
Non-Abelian dark matter and dark radiation
我们提出了一种新的暗物质模型与不寻常的现象。我们的模型的普通之处在于，暗物质粒子是WIMP，它们与标准模型弱耦合，并且具有弱尺度质量。不寻常的是，它们来自一个新的“暗”非阿贝尔规范群的多重态，具有毫弱耦合。这个暗规范群中的无质量暗胶子以弱自相互作用暗辐射的形式对宇宙的能量密度有贡献。在本文中，我们探讨了具有i的后果。多重态的暗物质ii.）自相互作用的暗辐射和iii.）与暗辐射弱耦合的暗物质。我们发现i.）暗物质截面被多重性因素修改，这对对撞机搜索和间接探测具有重要影响，ii.）暗胶子具有作为暗辐射影响CMB的热丰度。与其他无质量的中微子不同，暗胶子是相互作用的，并且具有消失的粘性，iii.）暗辐射与暗物质的耦合代表了用于衰减大尺度结构功率谱的新机制。一个额外的辐射和轻微阻尼结构的组合是有趣的，因为它可以消除全球$Λ$ CDM符合CMB和直接测量哈勃膨胀率（$H_0$）和大尺度结构（$σ_8$）之间的紧张关系。
2015-07-16 astro-ph.CO hep-ph
Dark Radiation Confronting LHC in Z' Models
最近的宇宙学数据支持在三个活跃的中微子和光子之外的额外的相对论自由度，通常被称为“暗辐射”。涉及TeV尺度Z'规范玻色子的SM的扩展一般包含超弱相互作用的轻右手中微子，它们可以构成这种暗辐射。在这封信中，我们面对的E6 Z'模型的参数的要求，以考虑目前的暗辐射的证据与已经存在的限制，从寻找新的中性规范玻色子在LHC7。
2012-10-23 astro-ph.CO hep-ph
Dark Radiation and interacting scenarios
一个额外的暗辐射成分可以以无菌中微子、轴子或其他可能与暗物质扇区相互作用的非常轻的自由度的形式存在于宇宙中。本文从暗辐射-暗物质耦合模型的现有数据出发，导出了暗辐射丰度、有效速度和粘性参数的宇宙学约束。在考虑相互作用方案时，额外暗辐射物种数量的宇宙学界限不会发生显着变化。我们还发现，暗辐射有效速度的约束退化了一个数量级，而粘度参数的误差是一个因素的两个更大的考虑相互作用的情况下。如果假设非相互作用模型来分析未来的宇宙微波背景数据，但暗辐射和暗物质部分在自然界中相互作用，则有效速度和粘性参数的重建值将偏离其标准的1/3期望，即ceff=0.34（+0.006 -0.003）和cvis=0.29（+0.002 -0.001），对于未来的COrE任务数据为95%CL。
2012-12-25 astro-ph.CO hep-ph
Dark Radiation or Warm Dark Matter from long lived particle decays in the light of Planck
虽然普朗克的数据支持标准ΛCDM模型，但它仍然允许暗辐射的存在，相当于大约一半的额外标准中微子种类。我们提出了一个方案，从热产生的粒子衰变成一个更轻的稳定遗物加标准费米子获得分数的“有效中微子物种”。在寿命远大于1秒时，遗迹粒子和非热中微子成分都对暗辐射有贡献。通过增加稳定粒子与不稳定粒子的质量比，遗迹粒子不再充当暗辐射，而是成为质量为O（1 keV-100 GeV）的暖暗物质的候选者。在这两种情况下，都有可能解决锂的问题。
2013-06-25 astro-ph.CO hep-ph
Dark Radiation and Superheavy Dark Matter from Black Hole Domination
即使在早期宇宙中产生了相对较少的黑洞，随着空间的膨胀，它们在总能量密度中所占的比例也会越来越大。因此，我们有充分的动机去考虑这样一种情形，即早期宇宙包括一个原始黑洞主导总能量密度的时代。在此背景下，我们认为霍金辐射作为一种机制，产生暗辐射和暗物质。如果早期宇宙包括一个黑洞主导的时代，我们发现霍金辐射将产生暗辐射的水平$ΔN_{\rm eff} \sim 0.03-0.2$为每个轻和去耦自旋0，1/2，或1。这个范围非常适合于缓解后期和早期哈勃测定之间的紧张关系，并且在即将到来的CMB实验范围内。暗物质也可能起源于黑洞主导的早期宇宙中的霍金辐射，尽管这样的暗物质候选者必须非常重（$m_{\rm DM} >10^{11}$ GeV），如果他们要避免超过测量的丰度。
2019-05-03 astro-ph.CO hep-ph
Dark radiation and small-scale structure problems with decaying particles
虽然标准的ΛCDM模型成功地描述了宇宙的宇宙微波背景辐射和大尺度结构，但它在中微子种类的有效数目（暗辐射）和小尺度结构的数目（过剩问题）方面与观测存在一些矛盾。在这里，我们提出了一个方案，可以通过产生暗物质和暗辐射的晚期衰变的重粒子放松这些紧张局势。由于这种产生机制，暗物质是相当温暖的，从而解决了小尺度结构问题。这种情况在超对称轴子模型中可以很自然地实现，在超对称轴子模型中，由轴子衰变产生的轴子提供暗辐射，而由轴子衰变产生的轴子则形成温暖的暗物质。我们确定了一个满足所有已知宇宙学约束的超对称轴子模型的参数区域。
2012-11-15 astro-ph.CO hep-ph
Partially Acoustic Dark Matter, Interacting Dark Radiation, and Large Scale Structure
无碰撞的冷暗物质的标准范例与大尺度的测量存在矛盾。特别是，从宇宙微波背景中推断的哈勃率$H_0$和物质密度扰动$σ_8$的最佳拟合值似乎与直接测量的结果不一致。我们表明，这两个问题都可以解决的框架中，暗物质由两个不同的组件，一个主导组件和次主导组件。主要成分是冷的和无碰撞的。次级成分也是冷的，但与暗辐射强烈相互作用，暗辐射本身形成紧密耦合的流体。在次优势分量的密度扰动的增长被抑制暗声振荡，由于其耦合到暗辐射，解决了$σ_8$问题，而紧耦合的暗辐射的存在改善了$H_0$问题。暗物质和暗辐射的次主导成分继续保持热平衡，直到晚期，抑制了暗盘的形成。我们提出了一个简单的模型，自然实现这种情况下，两个组成部分的暗物质热WIMP的例子。我们的方案可以通过未来的第四阶段实验进行测试，旨在探测CMB和大尺度结构。
2017-08-09 astro-ph.CO hep-ph
Non-thermal WIMPs as Dark Radiation
人们一直认为，只有轻的物质才能表现为辐射，并解释了普朗克望远镜、WMAP9望远镜、南极望远镜和ATACAMA望远镜最近观测到的暗辐射。在这项工作中，我们将表明，GeV尺度的WIMP可以解释暗辐射以及。如果重WIMP的一部分在热冻结后以非热方式产生，则它们可能会模拟半中微子物质的效应。此外，我们将展示如何BBN，CMB和结构形成的界限可能被规避。
2014-11-17 astro-ph.CO hep-ph
Natural Emergence of Cosmological Constant and Dark Radiation from Stephenson-Kilmister-Yang-Camenzind Theory of Gravity
我们表明，Stephenson-Kilmister-Yang（SKY）方程与Camenzind的物质流项相结合，自然地提供了宇宙学常数和暗辐射作为SKYC场方程的积分常数。为了表征暗辐射的性质，我们提出了一种将其与普通辐射分离的方法。我们发现Camenzind物质流的一个特殊性质，即辐射的解空间实际上属于SKY方程真空解的解空间。我们还发现，他的物质流不遵守Kilmister提出的守恒条件。最后，我们讨论了在最近的宇宙微波背景观测中从SKYC理论中出现的暗辐射的可能作用及其对暴胀的影响。
2013-04-23 astro-ph.CO gr-qc
Dark matter and dark radiation from evaporating primordial black holes
质量范围从$10^{-5}$到$10^9$ g的原始黑洞可能存在于早期宇宙中。通过它们的蒸发机制（在大爆炸核合成之前完成），它们可能释放出超出标准模型的稳定粒子。我们重新考虑了这样的粒子可能构成今天观测到的暗物质的主要部分或一小部分的可能性，更新了暖暗物质约束对这种情况的影响。如果足够轻，来自原始黑洞蒸发的稳定粒子也可能对暗辐射做出重大贡献。我们概括了以前的研究，这个有趣的暗物质和暗辐射的产生机制，包括吸积和熵不守恒的可能数量的影响。我们还详细讨论了标准模型之外的稳定粒子候选者的一些具体例子。
2020-12-17 astro-ph.CO hep-ph
Common Origin of Warm Dark Matter and Dark Radiation
我们考虑一个宇宙学的情况下，一个相对论性粒子和一个稳定的大质量粒子同时产生的衰变后，大爆炸核合成的粒子，但之前的物质辐射平等。相对论性粒子和大质量粒子分别表现为暗辐射和暖暗物质。由于共同的起源，温暖度和丰度密切相关。我们将导致这种情况的模型称为温暖和相对论衰变产物的共同起源（COWaRD）。我们表明，COWaRD预测的暗辐射量和抑制的大尺度结构，这可以在未来的精密宇宙学观测进行测试之间的相关性。我们证明，COWaRD实现，作为一个例子，在一类超对称轴子模型和未来的观测下一代宇宙微波背景，大尺度结构，21厘米的调查可以揭示的理论结构。
2020-12-18 astro-ph.CO hep-ph
The Cosmology of Dark Energy Radiation
本研究量化了暗能量辐射的宇宙学特征，发现其辐射丰度可达 $\Omega_{\text{DER}} = 0.03$，并评估了中微子、轴子和暗光子等候选者的直接探测前景及实验约束。
2024-03-26 astro-ph.CO hep-ph
Interacting Scalar Radiation and Dark Matter in Cosmology
我们研究相互作用的标量辐射和暗物质可能的宇宙学效应。在它的去耦之后，标量辐射可以作为中微子自由流动，或者作为完美流体强烈地自相互作用，这在很大程度上取决于它的自耦合的大小。我们得到了自散射率的一般和新颖的结构，并将其与我们宇宙的膨胀率进行了比较。如果它的三线性/立方耦合不为零，标量辐射最终可以被视为理想流体。对CMB可能产生的影响也进行了讨论。当这个标量也介导暗物质粒子之间的相互作用时，大尺度结构的线性物质功率谱可以不同于其他模型进行修改。我们建议使用德拜屏蔽来避免标量辐射与暗物质散射中出现的奇异性。
2016-04-14 astro-ph.CO hep-ph
Decay of multiple dark matter particles to dark radiation in different epochs does not alleviate the Hubble tension
衰变的冷暗物质（CDM）被认为是解决哈勃膨胀率和物质聚集之间紧张关系的一种机制。然而，宇宙微波背景（CMB）的偏振测量严重限制了暗物质在重组前的衰变比例，而大尺度结构对CMB各向异性的透镜效应对暗物质在重组后的衰变有很强的限制。总之，这些限制使得用衰减的暗物质来解释哈勃张力不太可能。针对这种情况，我们研究了一个暗物质系综与CDM粒子衰变成自由流动的暗辐射在不同的时代，可以缓解这个问题。我们发现它没有。
2022-04-25 astro-ph.CO hep-ph
Self-interacting Dark Radiation
我们考虑一类简单的模型，其中暗辐射具有自相互作用，因此不自由流。这种暗辐射没有各向异性应力（或粘度），在CMB角功率谱上留下明显的特征。具体来说，我们研究的可能性，隐藏的规范玻色子和/或手征费米子占中微子物种的有效数量过剩。它们具有规范相互作用，并且由于未破缺的隐藏规范对称性而保持轻，在某些情况下导致Δ N_{\rm eff} \simeq 0.29。
2013-08-13 astro-ph.CO hep-ph
BBN constraints on dark radiation isocurvature
在早期宇宙中，与标准模型完全解耦的暗辐射的存在为相关的暗辐射等曲率模式留下了可能性。我们表明，暗辐射等曲率的存在下，导致空间变化的原始丰度的氦和氘由于空间变化的$N_{\rm eff}$在大爆炸核合成。我们使用的结果来限制存在这样的isocurvature模式的规模下降到$\sim 1$兆个人电脑规模。通过测量不同星系中原始氦氢比和氘氢比的超额方差，在95%的置信度下，我们将星系平均等曲率的方差限制在小于$0.13/Δ\bar{N}_{\rm eff}$。这里，$Δ\bar{N}_{\rm eff}$是由于额外的暗辐射分量而导致的$N_{\rm eff}$的空间平均增加。
2020-10-08 astro-ph.CO hep-ph
Dark radiation as a signature of dark energy
我们提出了一个简单的暗能量模型，该模型具有以下性质：该模型预测了一个未被当前观测数据排除的晚期暗辐射分量，但它产生了一个独特的依赖于时间的状态方程w（z），z < 3。暗能量场可以与标准模型粒子足够强地耦合，从而在对撞机中被检测到，并且该模型只需要适度的额外粒子含量，除了毫电子伏特数量级的新能量尺度之外，几乎不需要微调。
2009-05-06 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Dark radiation and dark matter in supersymmetric axion models with high reheating temperature
最近对宇宙微波背景、大尺度结构和大爆炸核合成（BBN）的研究显示出额外辐射的趋势。在超对称强子轴子模型的框架内，我们探讨了两个高再加热温度的情况下，可以解释一致的额外辐射和冷暗物质（CDM），后者驻留在引力子或轴子。在引力子CDM的情况下，来自热介子衰变的轴子在BBN之前已经提供了额外的辐射，而具有宇宙学所需的TeV尺度质量的轴子衰变可以产生额外的熵。在轴子CDM的情况下，宇宙学的约束是尊重轻eV尺度axino和弱尺度引力子衰变成轴子和axino。这些衰变导致后期额外的辐射，可以与早期的贡献共存。最近普朗克卫星探测到的结果是在晚些时候的额外辐射，因此这两种情况都有。进一步的测试是在ADMX上寻找轴子，在LHC上寻找超对称粒子。
2013-10-04 astro-ph.CO hep-ph
Dark Energy Radiation
我们表明，如果暗能量随时间演化，它的动力学成分可能是由暗辐射浴占主导地位。在目前的限制下，这种辐射的能量密度可能是宇宙微波背景的$\sim 10^4$倍。我们展示了特定的模型，其中滚动标量场产生不同形式的暗辐射，如隐藏的光子，毫荷电粒子，甚至标准模型中微子。我们发现，对晚期宇宙膨胀历史的主导作用取决于一个单一的参数以外的$Λ$ CDM，即今天的暗辐射的温度。对这种修正膨胀率的宇宙学观测可以为这种情况提供一个引人注目的签名。暗辐射本身甚至可以在实验室实验中直接检测到，这表明对暗能量性质的更广泛的实验计划。
2020-12-18 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Residual Non-Abelian Dark Matter and Dark Radiation
提出了一个新的粒子物理模型，其中矢量暗物质（VDM）和暗辐射（DR）起源于同一个非阿贝尔暗扇区。我们给出了一个说明性的例子，其中黑暗的$SU(3)$自发地分裂成$SU(2)$子群的非零真空期望值的复标量的基本表示的$SU(3)$。无质量规范玻色子与剩余的未破碎的$SU(2)$组成DR，并有助于缓解$\textit{Planck}$和哈勃空间望远镜之间的哈勃常数测量的紧张局势。与此同时，与破碎的发生器相关的大质量暗规范玻色子是VDM候选者。这种非阿贝尔的VDM可以与宇宙背景中的非阿贝尔的DR相互作用，从而导致物质功率谱被抑制，并导致更小的$σ_8$用于结构形成。
2017-02-22 astro-ph.CO hep-ph
Ten scenarios from early radiation to late time acceleration with a minimally coupled dark energy
我们考虑广义相对论与物质，辐射和一个最低限度的耦合暗能量定义的状态方程w。利用动力系统方法，我们在假设宇宙膨胀和正暗能量密度的条件下，找到了该理论的平衡点。其中两个点对应于宇宙的经典辐射和物质主导时代。对于其他点，暗能量模仿物质，辐射或加速宇宙膨胀。然后，我们寻找描述宇宙的可能的时期序列，从一些辐射主导的时期开始（模仿或不模仿暗能量），然后物质主导的时期（模仿或不模仿暗能量），并以加速膨胀结束。我们发现十个序列能够遵循这个宇宙的历史没有奇异行为的w在一些鞍点。其中大多数是暗能量文献中的新发现。为了得到超过这10个序列，w必须在某些特定的鞍平衡点处是奇异的。这是暗能量文献中状态方程的一个不寻常的数学性质，其物理后果往往被观测所抛弃。因此，这将上述十个序列与描述宇宙膨胀的无限方法区分开来。
2015-01-28 astro-ph.CO gr-qc
Thermodynamics of dark energy interacting with dark matter and radiation
我们研究了广义热力学第二定律在宇宙学场景中的有效性，其中暗能量与暗物质和辐射相互作用。分别计算每个流体组分和表观视界本身的熵变，我们表明，广义第二定律总是普遍有效的，独立于特定的相互作用形式，流体状态方程参数和背景几何。
2010-07-18 astro-ph.CO gr-qc hep-th
On dark radiation from string moduli decay to ALPs
我们研究弦模衰变为类轴子粒子（ALP）的暗辐射（DR）问题。在KKLT型模稳定模型中，模场的类轴子相预计会解耦，而在LVS型模稳定模型中，一些模场可以保持明亮，并可能构成暗辐射。我们评估最小超对称标准模型（MSSM）粒子和暗辐射更一般的紧化模量衰减。尽管在Δ N_{eff}上收紧了误差条，但我们发现由于大量MSSM衰减模式导致DR的模量分支分数受到一定程度的抑制，因此模量-ALP耦合仅受到轻微约束。我们预计，如果与最轻模量场相关的ALP确实是轻的，那么未来对Δ N_{eff}进行更高精度的CMB实验仍可能发现DR的证据。
2022-04-03 astro-ph.CO hep-ph
Cosmic dark radiation and neutrinos
普朗克任务对宇宙微波背景（CMB）的新测量大大增加了我们对宇宙的了解。暗辐射是辐射中的一种弱相互作用成分，是我们的宇宙学模型的重要组成部分之一。目前，暗辐射是否存在还是一个悬而未决的问题。例如，通过扩大最小Lambda CDM模型以包括额外的相对论自由度，可以在一定程度上缓解从普朗克数据推断的哈勃常数H_0值与H_0的本地测量值之间的差异。从基础物理学的角度来看，暗辐射也同样有趣。事实上，它很可能是标准模型之外最容易接近的物理学窗口之一。一个例子是地球振荡实验中暗示的无菌中微子也可能是暗辐射的来源，因此宇宙学观测可以用来测试特定的粒子物理模型。在这里，我们回顾了最近的宇宙学结果，包括一个完整的调查暗辐射部门，以提供一个概述的模型，仍然是兼容的新的宇宙学观测。此外，我们更新了宇宙学的中微子物理学和暗辐射特性的约束，重点是数据集之间的紧张关系和参数之间的简并性，可以降低我们的信息或模仿额外的物种的存在。
2013-07-02 astro-ph.CO hep-ph
Dark radiation and dark matter coupled to holographic Ricci dark energy
我们研究了一个充满相互作用的暗物质、全息暗能量和暗辐射的平坦Friedmann-Robertson-Walker（FRW）时空的宇宙。我们使用线性相互作用，通过直接求解平衡方程和源方程来重建所有分量能量密度的标度因子。我们将$χ^{2}$方法应用到哈勃观测数据中约束宇宙参数，并与Union 2超新星样本进行对比，分析了辐射时代的暗能量。事实证明，我们的模型表现出过剩的暗能量的重组时代，而严格的约束$Ω_{\rm x}(z\simeq 10^{10})<0.21$在大爆炸核合成是满足的。我们发现，相互作用提供了一个物理机制，以减轻三重宇宙符合，这导致了$Ω_{\rm m0}/Ω_{\rm x0} \simeq Ω_{\rm r0}/Ω_{\rm x0} \simeq {\cal O}(1)$。
2013-03-14 astro-ph.CO gr-qc
Observable dark radiation from cosmologically safe QCD axion
我们提出了一个QCD轴子模型，它避免了宇宙学畴壁问题，引入了一个整体的SU（3）_f族对称性，我们嵌入了不需要的PQ离散对称性。SU（3）_f和PQ对称性的自发破缺预言了八个NG玻色子和轴子，它们都对宇宙中的暗辐射有贡献。从暗辐射的标准模型预测的推导可以通过未来对CMB波动的观测来观察。我们的模型还预测了一个相当大的异国情调的K介子衰变率，这是勉强符合目前的对撞机数据，并将通过未来的对撞机实验进行测试。
2015-04-16 astro-ph.CO hep-ph
Axionic Dark Radiation and the Milky Way's Magnetic Field
最近有人提出，在弦论模场衰变过程中产生的以轴子形式存在的暗辐射可能是星系团中软x射线过剩的原因。这些软X射线光子是由于这些轴子在星系团的磁场中转化为光子而产生的。在这项工作中，我们计算的转换轴暗辐射到X射线光子在我们自己的银河系的磁场。我们认为Δ N ~ 0.5的暗辐射的能量为0.1-1 keV的数量级的轴子。我们表明，如果乐观一点，可以完全解释位于3/4 keV ROSAT全天图中检测到的银河平面中心上方和下方的大区域的X射线发射，这是由于暗辐射转化为光子，逆轴子-光子耦合为M ~ 3e-13 GeV，轴子质量为m <1 e-12 eV。不同的参数值可以解释这些功能和3/4 keV的X射线背景。更保守地说，这些X射线观测是约束这种轴子暗辐射模型的好方法。
2013-10-16 astro-ph.CO hep-ph
Correlation between Dark Matter and Dark Radiation in String Compactifications
弦紧化中的再加热一般是由最轻模量的衰变驱动的，最轻模量的衰变产生标准模型粒子、暗物质和表现为暗辐射的亮隐藏扇区自由度。这种共同的起源使我们能够发现暗物质和暗辐射之间有趣的相关性。通过结合现有的中微子种类有效数N_eff的上界和费米数据中作为暗物质质量m_DM的函数的再加热温度的下界，我们得到了（N_eff，m_DM）平面上的强约束.在这个平面上的大部分允许区域对应于非热的场景与希格斯诺类暗物质。只有当N_eff趋于其标准模型值时，才允许热暗物质。我们表明，上述情况是实现微扰模稳定的模型中，暗辐射的生产是不可避免的，因为大量的封闭弦轴子保持轻，不被吃掉异常U（1）s。
2014-01-17 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Signatures of Dark Radiation in Neutrino and Dark Matter Detectors
我们认为宇宙的能量预算包括某种形式的相对论或半相对论暗辐射（DR）与非引力相互作用的标准模型（SM）粒子的一般可能性。这种暗辐射可能由SM单线态或中微子的非热高能成分组成。如果这样的DR是在相对较近的时期产生的，它可以携带足够的能量，在旨在寻找相互作用非常弱的粒子的实验中留下可检测的印记：暗物质和地下中微子实验。我们分析了这种可能性在一些一般性，假设相互作用的暗辐射是由不稳定粒子的后期衰变，潜在的暗物质的组成部分，并考虑各种可能的暗辐射和SM粒子之间的相互作用。集中在次GeV的能量区域，我们得出的限制不同形式的DR使用最敏感的中微子和暗物质直接探测实验的结果。特别是，对于相互作用的暗辐射携带一个典型的动量$\sim30$ ~MeV $/c$，这两种类型的实验提供了竞争性的限制。这项研究还表明，非标准的中微子发射源（例如，通过暗物质衰变）能够为暗物质直接检测创造一个“中微子底”，该“中微子底”比标准中微子源的预期更接近当前的界限。
2018-04-12 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Light dark photon and fermionic dark radiation for the Hubble constant and the structure formation
基于哈勃常数$H_0$和结构增长$σ_8$在$Planck$结果和其他低红移测量结果之间的紧张关系，我们讨论了暗物质（DM）通过轻规范玻色子（暗光子）与费米子暗辐射（DR）相互作用的暗扇区模型的一些宇宙学效应.这类模型在粒子物理中是非常普遍的，具有暗扇区和暗规范对称性。由于光暗光子和费米子DR的作用，中微子的有效数增加了$δN_{eff} \sim 0.5$，从而解决了$H_0$中的矛盾。DM和DR之间的弹性散射抑制DM的密度扰动，但没有声学振荡。对于$100$ GeV附近的弱相互作用DM，新的规范耦合应该是$\sim 10^{-4}$，才能对物质功率谱产生相当大的影响，从而松弛$σ_8$中的张力。
2016-10-05 astro-ph.CO hep-ph
Asymmetric Dark Matter and Dark Radiation
非对称暗物质（ADM）模型引用了粒子-反粒子的非对称性，类似于在重子扇区中观察到的，以解释暗物质（DM）的丰度。这两种不对称性通常是由相同的机制产生的，并且通常是相关的，因此预测DM质量在5 GeV左右，以获得正确的密度。成功的模型的主要挑战是，以确保有效的湮灭的热产生的对称分量，这样一个轻DM候选人，而不违反碰撞或直接搜索的约束。克服这一点的一种常见方法涉及光介质，DM可以有效地湮灭到光介质中，随后衰变成标准模型粒子。在这里，我们探讨的情况下，光介质衰减，而不是在黑暗的部门，作为辐射在早期宇宙中较轻的自由度。虽然这一假设使得间接DM搜索具有挑战性，但它导致BBN和CMB处的额外辐射信号。在某些条件下，精确测量相对论性物质的数量，如普朗克卫星所预期的，可以提供有关暗区结构的信息。我们还讨论了DM和暗辐射之间的相互作用的限制，从它们在物质功率谱中的印记。
2012-06-19 astro-ph.CO hep-ph
A model of light dark matter and dark radiation
我们提出了一个暗物质和暗辐射的模型，基于强耦合的暗${\rm SU}(5)$规范理论与基本和十重态暗夸克。该模型支持轻暗重子，尊重手征对称性，这是电中性的，但具有电磁形状因子，也是一个轻暗轴子。由于暗重子与标准模型粒子的耦合与禁闭尺度的平方成反比，暗重子会变成热的暗物质或冷的暗物质，这取决于暗物质的禁闭时间。对于禁闭尺度$Λ\sim 10-10^3~{\rm GeV}$，质量约为$ 1~{\rm GeV}-1~{\rm MeV}$的暗重子变成自然小磁矩的冷暗物质，并给出正确的残余丰度。
2020-11-12 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Dark Radiation Sticks Together: Dark QCD and the Hubble Tension
Rutgers（罗格斯大学）
本文提出暗QCD模型，通过禁闭产生粘性暗辐射，在MeV能标缓解哈勃常数张力，后验H0=71.60±0.63 km/s/Mpc，并规避暗物质自相互作用约束。
2026-09-16 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological constraints on axionic dark radiation from axion-photon conversion in the early Universe
轴子在弦论中似乎无处不在，其中一些可能是由重标量衰变产生的非热，有助于暗辐射。研究了在原初磁场存在下，由轴子暗辐射通过轴子-光子转换产生的光子的各种宇宙学效应，导出了轴子-光子耦合与原初磁场结合的严格约束.
2013-08-28 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Axion Dark Radiation: Hubble Tension and Hyper-kamiokande Neutrino Experiment
在这项工作中，我们研究了一个超对称轴子模型的暗扇区，包括晚衰变的引力子/轴子暗物质和轴子暗辐射。在早期宇宙中，轴子的标量超伴子（saxion）的衰变会产生大量的熵。附加熵不仅可以稀释引力子/轴子暗物质的残余密度，避免宇宙的过封闭，而且可以放松对暴胀后再加热温度$T_{R}$的约束。同时，由介子衰变产生的轴子暗辐射将增加中微子种类$N_{\rm eff}$的有效数量，这有助于降低宇宙学哈勃张力。在宇宙晚期，长寿命的引力子/轴子暗物质的衰变产生了具有MeV量级动能的轴子。我们研究了在中微子实验中通过逆Primakoff过程$a+A \to γ+ A$寻找高能轴子的可能性。
2022-04-15 astro-ph.CO hep-ph
Dark Radiation and Inflationary Freedom
由暴胀引起的标量扰动的松弛的原初功率谱（PPS）会影响由宇宙微波背景和其他宇宙学测量得到的暗辐射约束。如果暴胀产生了初始涨落的非标准PPS，那么完全热化的轻无菌中微子可以被CMB观测所青睐，而不是被强烈地排斥。在热轴子的情况下，当PPS不同于标准幂律时，对轴子质量的约束被放松。
2015-10-20 astro-ph.CO hep-ph
New observational limits on dark radiation in brane-world cosmology
在最简单的五维RS-II膜世界宇宙学中，暗辐射项是对能量动量张量的修正。在本文中，我们重新审视暗辐射的基础上的最新结果轻元素核反应率，观测到的轻元素丰度和功率谱的宇宙微波背景（CMB）。在大爆炸核合成过程中加入暗辐射改变了弗里德曼膨胀率，导致核反应在不同的温度下冻结。这改变了BBN末端的最终轻元素丰度。它对CMB的影响是改变末次散射表面的有效膨胀率。我们发现，我们所采用的BBN约束减少了暗辐射的允许范围之间的$-12.1\%$和$+6.2\%$的环境背景能量密度。将该结果与CMB功率谱的拟合相结合，范围减小到$-6.0\%$到$+6.2\%$。因此，我们发现，暗辐射的背景总相对论质量能量密度$ρ_{\rm DR}/ρ$的比例是一致的，虽然在BBN分析可能有轻微的偏好为负的贡献。然而，BBN约束强烈依赖于所采用的原始氦丰度。
2017-01-01 astro-ph.CO hep-ph
PQ-symmetry for a small Dirac neutrino mass, dark radiation and cosmic neutrinos
我们提出了一个超对称的情况下，小汤川耦合狄拉克中微子质量项产生的自发破缺的Pecci-Quinn对称性。在这种情况下，无论是右旋中微子还是轴子LSP都可以获得适量的暗物质遗迹密度，并可以获得相当数量的轴子暗辐射。有趣的是，右手中微子NLSP衰变到轴中微子LSP的时间被推迟到现在的时代，并可以在$\mathcal{O}(10-100) {\rm GeV}$的能量尺度上留下一个可观测的中微子宇宙学背景。
2014-02-26 astro-ph.CO hep-ph
Scale-invariance as the origin of dark radiation?
最近的宇宙学数据支持宇宙中存在R^2暴胀和一定量的非标准暗辐射。我们表明，高能量标度不变性的框架可以解释这些数据。这种对称性的自发破缺为引力提供了普朗克质量，为粒子物理提供了电弱尺度。我们发现，相应的无质量的Nambu-Goldstone玻色子--然后，我们扩展了讨论的相互作用与希格斯膨胀和一般类的暴胀模型，在那里的粒子是允许的，并可能形成暗辐射。因此，我们对一般尺度不变的暴胀模型的再加热温度提出了一个下限。
2014-11-11 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Dark matter-radiation interactions: the impact on dark matter haloes
早期宇宙中的暗物质（DM）和辐射（光子或中微子）之间的相互作用抑制了小质量尺度上的密度波动。在这里，我们进行了彻底的分析，在完全非线性制度的结构形成与DM-辐射相互作用的模型使用N体模拟和比较的结果，DM只相互作用的引力的传统计算。由于相互作用的存在，在低质量DM晕的数量和它们的性质，如它们的自旋和密度分布方面，出现了显着的差异。甚至对于比密度波动被抑制的尺度更大的晕，也可以清楚地看到这些差异。我们还表明，在非线性制度的物质分布的半解析描述未能再现我们的数值结果，强调预测结构形成的物理模型超越碰撞DM的挑战。
2015-02-27 astro-ph.CO hep-ph
Dark Radiation and Dark Matter in Large Volume Compactifications
我们认为，暗辐射是自然产生的衰减的整体体积模量在大体积的情况下。我们认为隔离和非隔离的情况下，并发现，轴超伙伴的模量产生的模量衰减，它可以解释暗辐射的观察建议，而通过Giudice-Masiero项模量衰减的总衰减率的主要贡献。在隔离的情况下，由模量衰减产生的最轻的超对称粒子自然可以解释观测到的暗物质密度。另一方面，在非隔离的情况下，超对称粒子不是由模衰变产生的，因为软质量是重引力子质量的量级。QCD轴子将是一个可信的暗物质候选者。
2012-11-22 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Limits on Brane-World and Particle Dark Radiation from Big Bang Nucleosynthesis and the CMB
暗辐射这个术语既用来描述没有相互作用的中微子，也用来修正最简单的五维RS-II膜世界宇宙学中的弗里德曼方程。本文根据轻元素核反应率、观测到的轻元素丰度和宇宙微波背景（CMB）功率谱的最新结果，考虑了暗辐射两种含义的限制。在大爆炸核合成（BBN）过程中加入暗辐射改变了弗里德曼膨胀率，导致核反应在不同的温度下冻结。这改变了BBN末端的最终轻元素丰度。它对CMB的影响是改变末次散射表面的有效膨胀率。我们发现，BBN约束减少了允许的范围为两种类型的暗辐射在10兆电子伏之间的$-12.1\%$和$+6.2\%$的{ \bf总}背景能量密度在10兆电子伏。将这个结果与CMB功率谱的拟合相结合，产生了粒子与膜世界暗辐射的不同结果。在膜世界中，范围从$-6.0\%$减小到$+6.2\%$。因此，我们发现，暗辐射的背景总相对论质量能量密度$ρ_{\rm DR}/ρ$的比例是一致的，虽然仍然有一个非常轻微的偏好为正（而不是负）的贡献。
2017-06-08 astro-ph.CO hep-ph
InterACTing dark radiation models after ACT
University of Utah（犹他大学）
ACT DR6数据显著限制了通过相互作用暗辐射缓解哈勃张力的模型。
2025-12-22 astro-ph.CO
Wandering in the Lyman-alpha Forest: A Study of Dark Matter-Dark Radiation Interactions
从观测到的Sunyaev-Zeldovich（SZ）星系团质量函数和弱引力透镜研究中推断出的大尺度物质波动的幅度，当以表面值考虑时，与宇宙微波背景（CMB）和重子声学振荡（BAO）的测量结果存在张力。在这项工作中，我们重新审视这种可能的差异是否可以归因于暗物质部门的新的相互作用。专注于宇宙学模型，暗物质与暗辐射物种的相互作用，直到时代的物质辐射平等，我们发现，从斯隆数字巡天的莱曼α通量功率谱的测量提供不支持的假设，即新的暗物质相互作用可以解决可能的紧张关系CMB和大尺度结构（LSS）之间。实际上，当仅考虑CMB、BAO和LSS数据时，虽然添加暗物质-暗辐射相互作用导致$2Δ\ln\mathcal{L}=12$相对于标准$Λ$冷暗物质（$Λ$ CDM）模型的改进，但是包含莱曼-α数据减少了相对于$Λ$的对$2Δ\ln\mathcal{L}=6$的拟合的改进。因此，我们得出结论，新的暗物质相互作用的统计证据（主要由普朗克SZ数据集驱动）充其量是边缘的，并且可能是由数据中的系统性引起的。我们还进行了Fisher预测分析的范围内的未来数据集组成的CMB-S4实验结合大型综合巡天望远镜星系调查。我们发现，流体状的暗辐射物种，$ΔN_{\rm fluid}$的有效数量的约束，将提高一个数量级相比，目前的界限。
2017-09-05 astro-ph.CO hep-ph
Dark Astronomy with Dark Matter Detectors
本研究提出暗天文学方法，利用小质量动力学混合暗光子的暗辐射，结合导电表面共振转换探测机制，提升直接探测实验灵敏度，为绘制银河系暗辐射源分布开辟新路径。
2024-12-09 astro-ph.CO hep-ph
Stepped Partially Acoustic Dark Matter, Large Scale Structure, and the Hubble Tension
提出阶梯式部分声学暗物质模型，同时缓解宇宙学中的哈勃常数张力和物质聚集度张力，通过暗辐射加热阶梯与退耦机制保持大尺度结构与标准模型一致。
2023-06-06 astro-ph.CO hep-ph
Two sides of the same coin: sterile neutrinos and dark radiation. Status and perspectives
光惰性中微子的存在是粒子物理学中尚未回答的问题之一。宇宙学上的对应物是暗辐射，即早期宇宙中除了光子和标准（活性）中微子以外的任何形式的辐射。这篇简短的评论全面概述了这两个问题及其联系。我们回顾了中微子振荡异常的现状，评论了最近的振荡数据和它们之间的相互张力，我们讨论了来自其他地球探测器的约束。我们的缺点，翻译光不育中微子在宇宙学中作为额外的热化相对论性物种，产生的中微子振荡，我们详细的替代解决方案，特别是专注于中微子非标准相互作用，以及它们的联系的哈勃常数的问题。在暗区的新物理学领域也讨论了导致暗辐射-暗物质相互作用的新力量的影响。
2022-02-08 astro-ph.CO hep-ph
Radiation Exposure from the Dark
本研究探讨更重且相互作用更强的暗物质可能使人类暴露于显著辐射剂量，并利用未观测结果约束此类暗物质参数空间，提出非弹性散射候选体可使千分之一人口受影响。
2025-05-23 astro-ph.CO hep-ph physics.space-ph
Dynamics of Dark Matter in Baryon-Radiation Plasma: Perspectives using Meschersky equation
为了论证冷暗物质在平等和复合时期之间的真正无碰撞性质，我们假设了一个模型，其中强耦合重子辐射等离子体从集中的冷暗物质的小区域中喷出而不失去其平衡。我们使用Meschersky方程来描述冷暗物质在不同质量的强耦合重子辐射等离子体中的动力学。基于这个模型，我们讨论了在金斯理论和膨胀宇宙中冷暗物质中微扰的增长。我们看到了冷暗物质势的扰动对宇宙微波背景各向异性的影响，这些各向异性起源于相等和复合之间的红移，即$1100 < z < z_{eq}$。我们还得到了冷暗物质势扰动下的Sachs-Wolfe效应，即退耦时CMB温度各向异性的表达式。我们得到了类似的解决方案，在静态和膨胀的宇宙，时代的重组。由此，我们推断出暗能量开始占主导地位的时间尺度。
2012-11-01 astro-ph.CO gr-qc
Can f(R) gravity contribute to (dark) radiation?
我们讨论的可能性，适当的修改重力可以解释我们今天观察到的一些辐射量，除了解释目前的宇宙加速的可能性。我们开始介绍和审查宇宙学重建方法的度量$f(R)$理论的重力，可以被认为是一个简单的修改爱因斯坦的引力尽快$f(R)\neq R$。然后，我们考虑两种可能的$f(R)$模型，这可能会引起（暗）辐射。通过在宇宙学方法中使用普朗克合作2015年数据并通过获得这些模型的物质功率谱来发现对模型的约束。结论是，$f(R)$引力只能对（暗）辐射做出最小的贡献，以避免在最小尺度（$0.01$ Mpc $^{-1}$量级）下偏离观察到的物质功率谱，即，正是那些在辐射主导时期离开视界的尺度。这一结果可能有助于选择可靠的$f(R)$模型。
2015-08-27 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A minimal model of inflation and dark radiation
我们表明，一个最小的标准模型的扩展，包括一个新的复杂的标量场可以解释通货膨胀和所观察到的有效中微子数。单重态的实部扮演着暴胀子场的角色，而戈德斯通玻色子则来自于全球$U(1)$对称性的自发对称性破缺，它对暗辐射有贡献，并使中微子种类的有效数量比标准模型值增加了$0.3$。在详细描述了模型的现象学之后，我们发现，一旦允许暗辐射分量，预测的暴胀观测值与当前的界限是一致的，无论是在非最小耦合引力的度量和Palatini公式中。
2019-03-27 astro-ph.CO hep-ph
