Strong Constraints on Sub-GeV Dark Matter from SLAC Beam Dump E137
我们提出了新的限制亚GeV的暗物质和暗光子的电子束流转储实验E137在SLAC在1980年至1982年进行。与电子相互作用的暗物质（例如，通过暗光子）可能是在电子与目标碰撞中产生的，并在E137探测器中被电子散射，产生了高能电磁簇射的引人注目的零背景特征，该特征指向束流收集器。E137探测新的和重要的参数空间范围，并限制了动机良好的可能性，即不可见的衰变暗光子可以解释的测量值和μ子异常磁矩的SM值之间的$\sim 3.6 σ$差异。这也限制了这些模型中暗物质残余密度由热冻结得到的参数空间。E137还令人信服地证明了（宇宙）背景是可以控制的，因此可以作为未来束流收集器搜索亚GeV暗物质散射探测器中电子的有力原理证明。
2015-10-08 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
LHC constraints on dark matter with (130 GeV) gamma ray lines
暗物质在我们的星系中湮灭成光子将构成其存在的令人兴奋的间接信号，正如费米/LAT数据中130 GeV暗物质的初步证据所强调的那样。在光子湮灭截面很大的模型中，通常需要暗物质与新的带电粒子耦合，或者由新的带电粒子组成，而新的带电粒子可以在对撞机中产生。我们考虑了LHC对这些类型的一些代表性模型的约束，包括同号双轻子，反号双轻子，模拟激发轻子的产生和衰变的事件，四光子事件，共振产生的复合矢量衰变成两个光子，和双光子事件的信号。
2013-11-08 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
New constraints and discovery potential of sub-GeV dark matter with xenon detectors
现有的氙暗物质（DM）直接探测实验可以通过寻找反冲氙原子的光子发射来探测亚GeV质量的DM-核子相互作用。我们表明，LUX的限制亚GeV DM，它利用闪烁（S1）和电离（S2）信号，是大约三个数量级更严格的比以前的氙约束在这个质量范围内，来自XENON 10和XENON 100的S2-只搜索。新的LUX约束条件为质量低于0.5 GeV的DM粒子提供了最严格的直接检测约束条件。此外，在LUX和它的继任者LZ的光子发射信号保持背景和信号事件之间的歧视，使一个明确的发现亚GeV DM是可能的。我们表明，LZ有潜力重建DM质量与20%的精度轻于0.5 GeV的粒子。
2017-08-10 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
GeV Scale Asymmetric Dark Matter from Mirror Universe: Direct Detection and LHC Signatures
镜像宇宙是在弱相互作用中恢复宇称对称性的基本途径。它自然地提供了最轻的镜像核子作为一个独特的GeV尺度的非对称暗物质粒子候选者。我们推测镜像宇称受基本相互作用拉格朗日量的影响，其可能的软破缺仅来自规范单重态扇区中的非相互作用项。通过极小化真空Higgs势实现了自发镜像宇称破缺，并导出了相应的Higgs谱。我们证明了CP破坏的共同起源在可见和镜像中微子跷跷板可以产生适量的物质和镜像暗物质通过leptogenesis。我们分析了TEXONO和CDEX实验对GeV量级镜像暗物质的直接探测。我们进一步研究预测的独特的希格斯签名在LHC。
2012-03-07 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
$U(1)_{T3R}$ Extension of Standard Model: A Sub-GeV Dark Matter Model
我们提出了一个模型的基础上的$U(1)_{T3R}$扩展的标准模型。该模型解决了第三代和前两代费米子之间的质量层次。$U(1)_{T3R}$在$\sim 1-10$ GeV自发断裂。该模型包含一个亚GeV的暗物质候选者和两个亚GeV的光标量和矢量介质。该模型解释了热暗物质丰度，测量μ子g-2和$R_{K^{(\ast)}}$异常。该模型可以在LHC、FASER、暗物质实验和各种基于束流收集器的中微子设施中进行探测，例如，COHERENT、CCM、MicroBooNE、SBND、ICARUS、DUNE等
2022-03-15 astro-ph.CO hep-ph
Testing GeV-Scale Dark Matter with Fixed-Target Missing Momentum Experiments
我们描述了一种方法来检测暗物质和其他不可见粒子的质量低于GeV，利用丢失的能量动量测量和其他运动学特征的固定目标生产。在不可见的衰变MeV-GeV尺度的暗光子的情况下，这种方法可以在整个质量范围内将现有的限制提高2-6个数量级，达到低至$ε^2\sim 10^{-14}$的灵敏度。此外，该方法可以探索基本上所有的可行参数空间的热或非对称暗物质通过矢量门户湮灭。
2015-04-30 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Direct Detection of Spin-Dependent Sub-GeV Dark Matter via Migdal Effect
基于当前对自旋无关的暗物质（DM）-核散射的强约束，我们研究了轴矢量玻色子介导的轻Majorana DM与核的自旋相关（SD）相互作用.由于原子核的反冲能很小，电离信号现在已经被用来探测直接探测实验中的轻暗物质粒子。利用已有的电离数据，我们导出了MeV-GeV DM质量范围内SD DM-核的Migdal散射的排斥限。发现DM质量的下限可以达到几个MeV。由于轻介质引起的动量传递修正，与重介质相比，SD DM-核散射截面上的边界可以被削弱。
2021-12-25 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
SuperWIMP dark matter and 125 GeV Higgs boson in the minimal GMSB
最近，ATLAS和CMS实验都观测到了过量的事件，这可能是125 GeV希格斯玻色子存在的第一个证据。我们调查的CP-甚至希格斯玻色子与质量约125 GeV的最小规范介导的超对称性破缺（mGMSB）的背景下的影响。在mGMSB中，引力子是最轻的超粒子（LSP），因此是暗物质的候选者。我们考虑了所谓的superWIMP方案，其中的暗物质引力伴子是由次-LSP（NLSP）类双星中性伴子的衰变后，其冻结了非热产生。对于给定的$\tan β$和使者的数目，（$N_m$）固定，我们发现其余的mGMSB参数，超对称性破缺参数和信使标度，在同时实现观测到的暗物质丰度和125 GeV的希格斯玻色子质量的条件下是完全固定的，导致NLSP中性伴子质量在1.5 - 2 TeV左右，引力伴子质量在3 - 7 GeV左右，这取决于$\tan β$和$N_m$的值。NLSP的寿命被发现短于1秒，因此大爆炸核合成的成功仍然完好无损。非热产生的引力子表现为温暖的暗物质，其自由流尺度为$λ_{\rm FS} \simeq 0.1$ Mpc，其值对于宇宙中大尺度和亚星系尺度的功率谱观测都是合理的。
2012-05-25 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
A 750 GeV Portal: LHC Phenomenology and Dark Matter Candidates
我们研究了通过扩展标准模型场的内容而得到的有效场论，其中包括两个单态：一个750 GeV的赝标量和一个稳定的费米子。会计对撞机生产胶子和光子融合发起，我们调查的理论是一致的LHC双光子过剩和边界运行1。我们分析了这些地区的暗物质现象，包括遗迹密度的限制，以及碰撞，直接和间接的界限。标量门户暗物质模型是非常接近的限制，从直接检测和单喷流的搜索，如果胶子融合占主导地位，而不是在所有其他限制。赝标量模型的挑战光子线限制和单喷流搜索在大多数的参数空间。
2016-05-18 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Good NEWS for GeV Dark Matter Searches
建议的NEWS装置，一个球形探测器与一个小的中央电极传感器作为一个正比计数器，承诺探索新的直接探测参数空间在GeV和子GeV的暗物质粒子质量范围内采用非常轻的核目标，如H和他，并利用一个非常低的（亚千电子伏）的能量阈值。在这里，我们讨论和研究两类将通过NEWS进行测试的暗物质模型示例：GeV级毫荷电暗物质，以及具有轻（MeV-GeV）标量或矢量介体的GeV-Dirac费米子暗物质模型，并指出实验可以探测的参数空间的物理区域。
2016-03-09 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Searching for Sub-GeV Dark Matter in the Galactic Centre using Hyper-Kamiokande
通过湮灭产物间接探测暗物质是寻找大质量弱相互作用粒子（WIMPs）形式的暗物质的关键技术。强约束存在于湮灭的WIMP高度可见的标准模型的最终状态，如光子或带电粒子。在s波湮灭的情况下，这通常会消除质量低于$\cal{O}$（10）GeV的暗物质的热遗迹截面。然而，这样的限制通常忽略了暗物质可能湮灭到假设的不可见或难以检测的最终状态（如中微子）的可能性。由于中微子相互作用的截面很弱，这是一个很难探测的范例。考虑到星系晕中的暗物质湮灭，我们研究了使用Hyper-Kamiokande（HyperK）中微子实验间接探测质量低于1 GeV的暗物质的前景。我们对HyperK探测器进行了专门的模拟，并将其与类似的Super-Kamiokande实验和HyperK物理投影的结果进行了比较。我们提供的湮灭截面，可以探测到的HyperK湮灭μ子或中微子的最终状态的预测，并讨论与暗物质晕配置文件的不确定性。对于中微子的最终状态，我们发现，HyperK是敏感的热湮灭截面与质量约20 MeV的暗物质，假设NFW晕配置文件。我们还讨论了中子标记的影响，并在低质量的范围内提高的前景。
2020-09-09 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
SENSEI: First Direct-Detection Constraints on sub-GeV Dark Matter from a Surface Run
亚电子噪声Skipper CCD实验仪（SENSEI）利用最近开发的Skipper CCD技术来寻找亚GeV暗物质粒子与硅中电子相互作用产生的电子反冲。我们报告的第一个结果，从一个原型SENSEI探测器，收集0.019克天的调试数据在费米国家加速器实验室地面上。这些调试数据足以为质量在~500 keV和4 MeV之间的暗物质粒子设置新的直接探测约束。此外，由于这些数据是在表面上取得的，它们不利于先前允许的质量在~500 keV和几百MeV之间的强烈相互作用的暗物质粒子。我们讨论了这些数据对几个暗物质候选者的影响，其中包括一个模型，该模型被提出来解释EDGES合作组织观察到的21厘米的巨大信号。SENSEI是第一个致力于寻找来自暗物质的电子反冲的实验，这些结果证明了Skipper-CCD技术在暗物质搜索中的作用。
2018-09-11 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Fermi Gamma Ray Line at 130 GeV from Axion-Mediated Dark Matter
我们把具有Peccei-Quinn（PQ）对称性的单重Dirac费米子看作暗物质。引入单重态复标量，通过Higgs门相互作用和电弱PQ异常，在暗物质和SM之间起中介作用。我们发现，一个共振湮灭的暗物质与轴子调解可以解释的单色光子线的费米LAT数据在130 GeV的异常相互作用，而湮灭截面与希格斯门相互作用的p波抑制。我们讨论了费米子暗物质的直接探测和希格斯标量的对撞机搜索之间的相互作用。我们还提出了一个紫外线完成的暗物质模型到NMSSM与PQ对称性。
2012-09-19 astro-ph.CO hep-ph
Indirect Detection of Sub-GeV Dark Matter Coupling to Quarks
我们认为光子信号所产生的湮灭或衰变的低质量（亚GeV）的暗物质，主要耦合到夸克。在这种情况下，分支分数的各种运动学上可访问的强子末态可以在很大程度上确定手征微扰理论。这些最终状态中的几个在亚GeV光子谱中产生引人注目的光谱特征。新的实验，如e-ASTROGAM和AMEGO，正在开发中，以提高在这个能量范围内的灵敏度，我们讨论了他们的潜在灵敏度，这类模型。
2018-12-17 astro-ph.CO hep-ph
A 130 GeV photon line from dark matter annihilation in the NMSSM
在次最小超对称标准模型中，中性伴子暗物质可以通过s通道中CP奇希格斯玻色子的交换而湮灭为一对光子。CP奇希格斯玻色子玻色子通过一个主要是类希格斯玻色子的电荷环与两个光子耦合。我们发现NMSSM的参数空间可以同时容纳i）质量约为130 GeV的类中性子暗物质，产生130 GeV的光子线; ii）大于或等于10 ^{-27} cm ^3 s ^{-1}的湮灭截面; iii）符合WMAP约束的遗迹密度; iv）与氙100的边界相容的直接检测截面，以及v）大约125 GeV的类似希格斯质量的标准模型。然而，CP奇数希格斯质量必须偶然接近260 GeV。
2012-08-23 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on electromagnetic form factors of sub-GeV dark matter from the Cosmic Microwave Background anisotropy
我们考虑具有非零电磁形状因子的暗物质，如电/磁偶极矩和阿那极矩的费米子暗物质和瑞利形状因子的标量暗物质。我们认为暗物质质量$m_χ> \cal{ O}({\rm MeV})$，并把它们的质量和电磁耦合的CMB和LSS观测的约束。具有非零电磁形状因子的费米暗物质可以湮灭为$e^+ e^-$，标量暗物质可以在重组时湮灭为$2γ$并扭曲CMB。我们用普朗克和BAO观测资料分析了暗物质的多极矩。我们得到了暗物质的反极矩$g_{A}<7.163\times 10^{3} \text{GeV}^{-2}$、电偶极矩${\cal D}<7.978\times 10^{-9} \text{e-cm}$、磁偶极矩$μ<2.959\times 10^{-7} μ_B$的上界，以及Rayleigh形状因子的上界为$g_4/Λ_4^2<1.085\times 10^{-2}\text{GeV}^{-2}$，其中$95\%$ C. L.
2021-06-23 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
Bounds on Dark Matter Annihilation Cross-sections from Inert Doublet Model in the context of 21 cm Cosmology of Dark Ages
我们在Inter Doublet模型（IDM）中研究了21 cm信号$δT_{21}$在暗年龄（$z\sim100$）和一个暗物质候选者的亮温起伏。然后，我们探讨IDM暗物质的不同部分对$δT_{21}$信号的影响。IDM的暗物质质量选择在几十GeV的区域，以及在500 GeV以上的高质量区域。已经观察到，$δT_{21}$信号在$70 - 80$ GeV的暗物质质量范围内更敏感。通过对$δT_{21}$信号的分析，得到了暗物质湮灭截面的下限。这被发现位于IDM暗物质质量范围$10 \, {\rm GeV} \leq m_χ\leq 990 \,{\rm GeV} $的范围$6.5 \times 10^{-29} \,\, \rm{cm^3 / sec} \leq \langleσv\rangle \leq 4.88\times 10^{-26}\,\, \rm{cm^ 3 / sec}$内。
2021-06-19 astro-ph.CO hep-ph
Probing Sub-GeV Dark Matter with the Migdal Effect at JUNO
Sogang University（西江大学）；Center for Quantum Spacetime, Sogang University（西江大学时空量子中心）
本研究探讨JUNO探测器对亚GeV WIMPs引发的米格达尔电离信号的灵敏度，利用其大靶质量和年调制效应分离信号，有望在亚GeV质量范围实现自旋相关相互作用的世界领先探测灵敏度。
2026-08-20 astro-ph.CO hep-ph
130 GeV Fermi gamma-ray line from dark matter decay
在对Fermi-LAT数据进行初步分析的基础上得到的130 GeV γ射线谱线，在常规的MSSM框架下很难用暗物质湮灭解释。我们指出，它可以很好地解释与两个体衰变的标量暗物质（$\tildeϕ_{\rm DM}\rightarrowγγ$）的第6维运营商抑制的质量的大统一尺度（$\sim 10^{16}$ GeV），${\cal L}\supset|\tildeϕ_{\rm DM}|^2F_{μν}F^{μν}/M_{\rm GUT}^2$，其中的标量暗物质$\tildeϕ_{\rm DM}$开发TeV规模的真空期望值。我们提出了一个可行的模型解释130 GeV的伽马射线线。
2013-01-28 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
SKA Sensitivity to Sub-GeV Dark Matter Decay: Synchrotron Radio Emissions in White Dwarf Magnetospheres
本文研究 SKA 探测白矮星磁层中亚 GeV 暗物质衰变产生的同步辐射的能力，提出白矮星与黑洞等致密天体相遇为探测轻暗物质提供了新途径。
2024-04-30 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Signatures and Detection Prospects for sub-GeV Dark Matter with Superfluid Helium
本研究探索超流氦用于亚GeV暗物质直接探测的可能，建立相关过程分析框架以确定准粒子通量，提出用NEMS振荡器等力敏器件探测的新方法并给出灵敏度预期。
2022-08-30 astro-ph.CO cond-mat.supr-con hep-ex
Resonant Sub-GeV Dirac Dark Matter
我们研究了亚GeV狄拉克暗物质候选者通过暗光子介质共振增强湮灭的现象学和探测前景。该模型回避了宇宙学对早期宇宙中光热粒子的限制，同时也适用于当前和即将到来的地球实验。我们对参数空间进行了全局分析，考虑了加速器和直接探测实验的边界，以及大爆炸核合成、宇宙微波背景和暗物质自相互作用产生的边界。我们还将讨论扩展到暗物质子成分的情况。我们发现，大区域的参数空间仍然是可行的，即使是一个温和的共振增强的情况下，并证明了不同的实验策略，进一步探索这种情况下的互补性。
2021-11-20 astro-ph.CO hep-ph
Axino dark matter with R-parity violation and 130 GeV gamma-ray line
我们表明，衰变轴子暗物质与R-宇称破坏可以解释观测到的超过130 GeV的伽马射线线从银河系中心的费米数据。轴子衰变为单色光子的分支分数可以是O（1），并且来自连续伽马射线和反质子通量的约束得到改善。$O(10^{13}-10^{14})$的Peccei-Quinn标度、GeV和$O(10^{-12}-10^{-11})$的R宇称破坏参数在宇宙学上是有利的。
2013-03-27 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Bounds on sub-GeV Dark Vector Bosons from Electromagnetic Energy Injection
新的暗矢量玻色子可以在早期宇宙中产生，并在大爆炸核合成（BBN）或复合时形成宇宙微波背景（CMB）后衰变。这种衰变注入的能量可以改变轻元素丰度或修改CMB的功率和频谱。在这项工作中，我们研究了这些效应对一系列亚GeV暗矢量的约束，包括动力学混合暗光子，$B-L$，$L_e-L_μ$，$L_e-L_τ$和$L_μ-L_τ$暗U（1）玻色子。我们专注于电磁能量注入的影响，我们更新了以前的调查暗光子和其他暗矢量衰变考虑到非普适性的光子级联光谱相关的BBN和能量依赖性的电离效率后重组在我们的治疗修改CMB。
2020-04-22 astro-ph.CO hep-ph
Excluding Light Asymmetric Bosonic Dark Matter
我们认为，目前的中子星观测不包括非对称玻色子非相互作用的暗物质的范围从2千电子伏至16 GeV，包括5-15 GeV的DAMA和CoGeNT青睐的范围。如果玻色子弱相互作用粒子是费米子的复合粒子，那么只要复合尺度大于~10^12 GeV（弱相互作用粒子的质量为~1 GeV），同样的限制也适用。在排斥性自相互作用的情况下，我们排除了大范围的WIMP质量和相互作用截面，这补充了子弹状星系团的观测所施加的约束。
2011-10-12 astro-ph.CO hep-ph
SiC Detectors for Sub-GeV Dark Matter
我们建议使用碳化硅（SiC）的直接检测亚GeV的暗物质。SiC具有类似于硅和金刚石的性质，但具有两个关键优点：（i）它是一种极性半导体，允许对更广泛的暗物质候选者敏感;以及（ii）它存在于许多具有不同物理性质的稳定多晶型物中，因此对各种暗物质模型具有可调的敏感性。我们表明，SiC是一个很好的目标，寻找电子，核和声子激发散射的暗物质质量下降到10千电子伏，以及吸收过程的暗物质质量下降到10毫电子伏。结合其作为硅在其他探测器技术中的替代品的广泛使用及其与金刚石相比的可用性，我们的研究结果表明，SiC作为一种新型暗物质探测器具有很大的前景。
2020-08-19 astro-ph.CO cond-mat.mtrl-sci hep-ex
Triplet-Singlet Extension of the MSSM with a 125 Gev Higgs and Dark Matter
研究了最小超对称标准模型通过增加一个单重态和一个超荷零SU（2）手征三重态超场的推广。三重态扇区对标量质量有额外的贡献，我们发现最轻的CP-甚至希格斯玻色子在树水平上的质量可以达到119-120 GeV，辐射校正将该值提高到125 GeV。在这个模型中，不需要停止环的显著贡献来获得所需的希格斯质量，这就解决了在大统一理论尺度下将停止质量固定到高精度的微调问题。此外，该模型给出了一个中性伴子暗物质的质量约为100 GeV，这是一个混合物的希格斯诺和特里普利诺与暗物质密度符合WMAP的意见。与核子无关的自旋散射截面为10^（-43）cm ^2，这使得它与氙100等直接探测实验的边界一致。
2012-11-06 astro-ph.CO hep-ph
SENSEI: Direct-Detection Results on sub-GeV Dark Matter from a New Skipper-CCD
我们提出了第一个直接探测eV到GeV的暗物质搜索使用一个新的~2克高电阻率跳跃CCD从一个专门的制造批次，优化了暗物质的搜索。使用费米国家加速器实验室MINOS洞穴中获得的24天数据，我们测量了硅探测器中包含一个，两个，三个或四个电子的事件的最低速率，并实现了大范围的亚GeV暗物质质量的世界领先的灵敏度。用不同厚度的探测器屏蔽层获得的数据表明，高能径迹的速率与先前被归类为“暗电流”的单电子事件的速率之间存在相关性。“我们详细介绍了新的Skipper-CCD的关键特性，这预示着在SNOLAB计划建造的~100克SENSEI实验。
2020-11-02 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Probing sub-GeV leptophilic dark matter at Belle II and NA64
分析了Belle II灵敏度和NA 64对亚GeV狄拉克暗物质与带电轻子相互作用的约束。我们考虑了亚GeV狄拉克暗物质与带电轻子之间的两种不同类型的相互作用：EFT算符和光矢量介体。我们计算的Belle II单光子灵敏度亚GeV的暗物质与50 ab $^{-1}$数据，预计将积累在完整的Belle II运行。虽然Belle II对EFT算子的单光子灵敏度与LEP约束的大小相似，但Belle II可以探测LEP未探索的光矢量介质模型的新参数空间。对于EFT算子和光矢量介质模型，Belle II单光子灵敏度可以比当前的暗物质直接探测极限以及白矮星极限强几个数量级。光矢量介质也可以直接搜索重建其双轻子衰变在Belle II的最终状态，这是互补的单光子通道的不变质量。我们计算了亚GeV狄拉克暗物质的NA 64约束，并提供了解析表达式的暗物质截面在Weizsäcker-Williams近似下，EFT运营商，和光矢量介质模型。我们发现，目前的NA 64数据（与$2.84 \times 10^{11}$电子靶事件）提供了很强的约束子GeV的暗物质。虽然NA 64的约束被发现是约一个数量级小于Belle II的灵敏度的EFT运营商，NA 64可以探测一些区域的参数空间中的光矢量介质模型是超出了Belle II的范围。
2022-04-01 astro-ph.CO hep-ph
The GeV-scale dark matter with B-L asymmetry
稳定性是暗物质的重要性质之一。U（1）$_{\rm B-L}$规范对称性是保证稳定性的最有吸引力的对称性。虽然U（1）$_{\rm B-L}$的对称性在很高的能量尺度下会被打破，从而通过跷跷板机制解释微小的中微子质量，但U（1）$_{\rm B-L}$的剩余离散对称性可以自然地稳定暗物质。我们证明了，当在电弱和U（1）$_{\rm B-L}$破缺之间的尺度上，有新的物理连接暗物质的BPDMATHABMN L电荷和标准模型粒子时，暗物质的质量肯定是（5 - 7）/$Q_{\rm DM}$ GeV（$Q_{DM}$是暗物质的BPDMATHABMN L电荷），这不仅与新物理的细节无关，而且与它的能量尺度无关.我们还展示了两个有吸引力的例子。第一个是标量暗物质，B $-$ L电荷为1，这与目前的CoGeNT结果非常一致。另一种是具有三分之一的B $-$ L电荷的费米子暗物质，从模型构建的角度来看，这也是有吸引力的。
2011-10-25 astro-ph.CO hep-ph
Statistical interpretation of the spatial distribution of current 130 GeV gamma-ray line signal within the dark matter annihilation scenario
最近，几个研究小组从费米-LAT数据中发现了银河系中央的能量为$\sim 130$ GeV的$γ$射线信号。形态学研究表明，该信号与暗物质湮灭相一致，但与银河系中心Sgr A $\sim 220$的中心偏移了%，这样的$γ-$射线线可以解释为暗物质湮灭信号。然而，从银河系中心Sgr A $^{\star}$的最突出的信号区域的中心的偏移$\sim 220$ pc（$1.5^{\circ}$）被认为是挑战暗物质湮灭的解释。考虑到这样一个130 GeV的$γ$ -射线线信号仅由$\sim14$光子组成的事实，我们认为这些光子与预期的暗物质分布的“不完美”一致性是由于有限的统计。随着在不久的将来收集到更多的信号光子，偏移将更小。我们的蒙特卡罗模拟支持上述推测。
2012-07-23 astro-ph.CO hep-ph
Direct Detection of sub-GeV Dark Matter with Semiconductor Targets
亚GeV质量范围内的暗物质是一个理论上的动机，但在很大程度上尚未探索的范例。这样的轻质量对于传统的核反冲直接探测实验来说是无法达到的，但是可以通过由暗物质-电子散射引起的小电离信号来探测。半导体被充分研究，并且是特别有前途的目标材料，因为它们的${\cal O}(1~\rm{eV})$带隙允许来自暗物质的电离信号为几百keV。目前的直接探测技术正被用于暗物质-电子散射。在本文中，我们提供了半导体中暗物质-电子散射率的理论计算，克服了源于问题的多体性质的一些复杂性。我们使用密度泛函理论数值计算硅和锗中暗物质-电子散射的速率，并估计即将到来的实验，如DAMIC和SuperCDMS的灵敏度。我们发现，这些即将到来的实验的范围有可能是超越目前的直接检测限制的数量级，亚GeV的暗物质有一个相当大的调制信号。我们还给出了第一次直接检测极限的亚GeV暗物质从其散射的电子在半导体目标（硅）的基础上公布的结果从DAMIC。我们公开了我们的代码QEdark，我们用它来计算我们的结果。我们的研究结果可以用于实验合作，根据其特定的设置来计算自己的灵敏度。我们提出的搜索将探索未知的暗物质模型和参数空间的广阔新领域。
2016-04-25 astro-ph.CO hep-ph
New Thermal-Relic Targets for sub-GeV Dark Matter Direct Detection
University of Chicago（芝加哥大学）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）；Kavli Institute for Cosmological Physics, University of Chicago（芝加哥大学卡弗里宇宙物理学研究所）
本文提出新的热 relic 阶段，用于子千电子伏暗物质模型，通过矢量媒介粒子耦合，为直接探测实验提供预测性目标。
2026-07-16 astro-ph.CO hep-ph
Sub-GeV Dark Matter Shining at Future MeV Gamma-Ray Telescopes
我们提出了一个新的框架，轻（亚GeV）暗物质（DM）是可检测的未来兆电子伏的伽马射线望远镜，而不冲突的宇宙微波背景（CMB）的数据。稳定的DM粒子$χ$由于其大的对湮灭截面而具有非常低的热残余丰度。DM数密度储存在一个较重的亚稳态伙伴$ψ$中，它的对湮灭率受到抑制，不会干扰CMB，它的晚期衰变$ψ\rightarrow χ$使宇宙充满了$χ$ DM粒子。我们提供了明确的，模型无关的实现这个框架，并讨论了约束后期的衰变，从而对这个设置的参数，从CMB，大爆炸核合成，和大尺度结构。
2018-08-20 astro-ph.CO hep-ph
Fitting the Fermi-LAT GeV excess: on the importance of the propagation of electrons from dark matter
在费米-LAT数据中检测到了GeV能量的过量伽马射线。这个信号来自银河系中心周围的一个狭窄区域，被解释为光（30 GeV）暗物质粒子的可能证据。以前的工作集中在瞬发伽马射线发射上，发现与数据的最佳拟合对应于湮灭过程进入b夸克，暗物质分布为r^{-1.2}。我们表明，这不是唯一可能的湮灭设置。更具体地说，我们将展示如何包括反康普顿散射和韧致辐射产生的电子在暗物质湮灭，并通过银河系磁场扩散的伽玛射线谱的贡献，显着影响轻子最终状态的频谱。这极大地改变了对暗物质过剩的解释。
2015-01-29 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
PAMELA/Fermi-LAT electron cosmic ray spectrum at $\sim$100 GeV: implication for dark matter annihilation signal in accordance with the 130 GeV $γ$-ray line
最近，一个试探性的130 GeV的$γ$射线线信号被相当多的团体确认。如果正确的话，它将构成暗物质湮灭的“吸烟枪”。有趣的是，PAMELA和Fermi-LAT探测到的宇宙线电子的光谱都显示出在$\sim 100$ GeV处的微小的摆动状结构，这可能表明$\sim 130$ GeV暗物质粒子湮灭成具有速度加权截面$\langleσv\rangle_{\rm χχ\rightarrow e^{+}e^{-}} \sim 4\times10^{-26}~{\rm cm^{3}~s^{-1}}$的电子/正电子的微弱信号。AMS-02是一个以前所未有的精度测量高能宇宙线谱的任务，研究了确定这种潜在的弱暗物质湮灭电子和/或正电子成分的前景。
2013-01-29 astro-ph.CO astro-ph.HE
Mixed Wino-Axion Dark Matter in String/M Theory and the 130 GeV Gamma-line "Signal"
具有低能超对称性的弦/M理论紧化倾向于预测暗物质有两个组成部分：轴子和WIMP \cite{1004.5138,1204.2795}。在符合这一点，我们表明，暂定130 GeV的伽玛线信号报告\cite{1204.2797}可以解释为所产生的湮灭145 GeV的质量，Wino类WIMP到Z玻色子和光子。在这种情况下，信号意味着暗物质的第二个组成部分，我们解释为由轴子组成-相对Wino/Axion丰度近似相等。进一步的预测是隐含的：在这两个扩散和单色光子从矮球状星系的信号;单色光子能量为145 GeV;对于大型强子对撞机，希格斯玻色子的质量已经预测在这个框架\cite{1112.1059}，和目前的希格斯极限提供有趣的约束质量的Gluino。
2012-05-25 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Constraints on Supersymmetry from LHC data on SUSY searches and Higgs bosons combined with cosmology and direct dark matter searches
ATLAS和CMS的实验在质心能量为7 TeV的情况下，使用接近5/fb的已发表LHC数据没有发现超对称性的证据。我们将这些LHC数据与B_s -μ μ（LHCb实验）、遗迹密度（WMAP等宇宙学数据）和暗物质在核上散射截面上限（XENON 100数据）相结合。在约束最小超对称SM（CMSSM）的排除区域导致排斥低于1270 GeV的胶子和低于220 GeV的暗物质候选者的标量质量（m_0）的值低于1500 GeV。对于大的m_0值的极限的胶子和暗物质的候选人减少到970 GeV和130 GeV，分别。如果在拟合中施加125 GeV的希格斯质量，则优选的超对称区域在此排除区域之上，但优选区域的大小强烈依赖于假设的理论误差。
2012-10-05 astro-ph.CO hep-ph
Embedding the 125 GeV Higgs boson measured at the LHC in an effective MSSM: possible implications for neutralino dark matter
我们分析的现象学后果的假设，在大型强子对撞机测量的125 GeV玻色子符合一个有效的最小超对称扩展的标准模型在电弱尺度的两个CP-甚至希格斯玻色子。我们认为这两个随后的情况下，并严格讨论的各种实验数据（主要是在对撞机和B-工厂获得），提供实际或潜在的约束超对称性的作用。在这些方案中，中性伴子作为暗物质粒子的属性进行了分析，从他们的宇宙学丰度和直接和间接检测率的角度来看。
2013-04-19 astro-ph.CO 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
Two coincidences are a clue: Probing a GeV-scale dark QCD sector
Max-Planck-Institut für Kernphysik（马克斯·普朗克核物理研究所）
研究通过暗物质与质子能量密度相似性及小尺度结构异常，提出GeV尺度暗QCD领域模型，探讨其参数空间及实验探测可能性。
2026-03-29 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Scalar Dark Matter: Real vs Complex
我们更新的参数空间为一个真正的和复杂的标量暗物质通过希格斯门。根据LUX 2016数据、最新的希格斯粒子不可见衰变和伽马射线谱的限制，暗物质共振质量区域在两种情况下都被进一步限制在$54.9-62.3$ GeV之间的狭窄窗口内，并且其大质量区域被排除在外，直到分别为实数和复数标量的$834$ GeV和$3473$ GeV。
2017-03-15 astro-ph.CO hep-ph
No room to hide: implications of cosmic-ray upscattering for GeV-scale dark matter
宇宙射线对冷暗物质的不可约的向上散射，开启了在传统的直接探测实验或地下中微子探测器中探测甚至是轻的暗物质的有趣的可能性。该机制还显著提高了对具有非常大的核散射率的模型的灵敏度，其中大气和岩石覆盖层有效地阻止了标准非相对论性暗物质粒子到达探测器之前。在这篇文章中，我们证明了宇宙射线上散射基本上关闭窗口强相互作用的暗物质在（分）GeV质量范围。得出这一结论至关重要，需要详细处理核的形状因子和非弹性暗物质-核散射，以及包括完整的动量转移依赖的散射振幅。我们说明了后一点，考虑三个通用的情况下，这种动量依赖性是特别相关的，即占主导地位的交换光矢量或标量介质的相互作用，分别为暗物质粒子的有限大小。作为最后一个具体的例子，我们将我们的分析应用到一个假定的六夸克态，它被认为是一个可行的重子暗物质候选者。再次，我们发现，在这项工作中得到的更新的约束关闭了重要的一部分，否则无约束的参数空间。
2023-02-01 astro-ph.CO hep-ph
Boosting small-scale structure via primordial black holes and implications for sub-GeV dark matter annihilation
我们探讨了暗物质湮灭的可能性，由于增强的亚结构中存在的原始黑洞（PBH），构成了DM的子组件。PBH可以在小尺度上产生熵涨落，触发早期结构的形成，并且整个DM的很大一部分可以驻留在这些在高红移（$z\gtrsim 100$）形成的坍缩物体中。因此，这种早期形成的小晕具有比传统情景（没有PBH）更高的密度，并且对潮汐干扰更具弹性。我们的情况下，湮灭助推由于DM子结构是特别感兴趣的轻（$< 1$ GeV）DM已较少探索相比，较重的DM在PBH的存在下。
2020-12-07 astro-ph.CO hep-ph
Implications of the 125 GeV Higgs boson for scalar dark matter and for the CMSSM phenomenology
我们研究的ATLAS和CMS提示的$125\pm 1$ GeV希格斯玻色子的单线态，单线态加双重非超对称暗物质模型的唯象意义，并为CMSSM的唯象。我们表明，在标量暗物质模型的真空稳定性约束的希格斯玻色子玻色子质量低于标准模型和125 GeV的希格斯玻色子玻色子是一致的模型是有效的大统一理论或普朗克尺度。我们进行了详细的研究，保持固定的希格斯玻色子质量$125\pm 1$ GeV的完整的CMSSM参数空间，并详细研究的冻结过程，这意味着观察到的量的暗物质。在施加所有的唯象约束，除了μ子$(g-2)_μ,$，我们表明，CMSSM参数空间被划分成不同的，但在一般情况下，重s粒子质谱分离的区域。施加$(g-2)_μ$约束在高超对称性尺度和实验测量之间引入了严重的紧张关系--只有斯莱普顿共湮灭区域在LHC中以潜在的可测试的s粒子质量生存下来。在后一种情况下，自旋无关的DM-核子散射截面被预测为低于可检测的极限在氙100，但可能是可测量的幅度在一般情况下的光暗物质与大bino-higgsino混合和不可观测的大标量质量。
2013-01-17 astro-ph.CO hep-ph
Direct Detection of Strongly Interacting Sub-GeV Dark Matter via Electron Recoils
我们认为直接检测搜索亚GeV的暗物质通过电子散射在暗物质和普通物质之间存在大的相互作用。地壳、大气和屏蔽材料中的电子和原子核的散射会减弱地面探测器预期的局部暗物质通量，因此此类实验在某些临界截面以上对暗物质失去灵敏度。我们研究了各种模型，包括暗物质与一个重的和超轻的暗光子，通过电偶极矩，并专门与电子相互作用。对于暗光子介质和电偶极相互作用，暗物质-电子散射截面直接与暗物质-核截面相关，并且核相互作用通常主导衰减过程。我们从几个实验- SENSEI，CDMS-HVeV，XENON 10，XENON 100和DarkSide-50 -使用蒙特卡罗模拟和分析估计的组合，确定不同的暗物质模型的排阻带。我们还推导出位于不同深度和曝光范围的探测器的投影灵敏度，并计算SNOLAB的SENSEI和Modane的DAMIC-M的投影灵敏度。最后，我们讨论了达到高截面和调制签名的小气球和卫星携带的探测器敏感的电子反冲，如跳跃CCD。这样的探测器可以潜在地探测不受约束的参数空间在高横截面的次主导成分的暗物质与一个大质量的，但超轻，暗光子相互作用。
2019-10-02 astro-ph.CO hep-ph
Putting all the X in one basket: Updated X-ray constraints on sub-GeV Dark Matter
本研究利用XMM-Newton等探测器的X射线数据，通过逆康普顿效应分析亚GeV暗物质湮灭或衰变产生的信号，推导出对湮灭和衰变暗物质质量与相互作用的新约束，部分质量范围内的限制为迄今最严格。
2025-07-17 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
X-rays constraints on sub-GeV Dark Matter
本文利用多个空间X射线望远镜的弥散观测数据，通过暗物质产生的正负电子对逆康普顿散射低能光子的机制，对亚GeV质量范围的湮灭和衰变暗物质给出了迄今最强的约束。
2024-01-16 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Implications of a 130 GeV Gamma-Ray Line for Dark Matter
费米伽马射线太空望远镜的数据中，最近有报道称在~130 GeV处有伽马射线线特征，这引起了人们对暗物质粒子湮灭模型的极大兴趣，在该模型中，暗物质截面相当大，最终状态包括光子。在这篇文章中，我们采取了一个模型无关的方法，并讨论了一些可能的暗物质候选人，可能会产生这样的功能。虽然我们确定了几种可能导致这种伽马射线线的情况，但这些模型都受到相当大的限制。特别是，可行的模型需要大的耦合（g>1-3），和额外的带电粒子的质量范围约为130-200 GeV。此外，来自银河系中心的较低能量伽马射线约束迫使我们考虑这样的场景，即暗物质在早期宇宙中通过速度抑制过程湮灭，或者最终产生相对较少的伽马射线（如电子，μ子或中微子）。这些结论的一个例外可以在模型中找到，其中暗物质湮灭到重的中间态，这些中间态衰变为光子，产生线状伽马射线光谱。
2012-07-19 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Magnetic Bubble Chambers and Sub-GeV Dark Matter Direct Detection
我们提出了一个新的应用单分子磁铁晶体：它们作为“磁泡室“的直接检测亚GeV的暗物质。这些宏观晶体中的自旋有效地充当独立的纳米尺度磁体。当与外部磁场反对齐时，它们形成亚稳态，其弛豫时间在足够低的温度下可以非常长。存储在该系统中的塞曼能量可以通过局部加热释放，例如由暗物质的散射或吸收引起，导致自旋雪崩（或“磁爆燃”），其放大了初始热沉积的影响，使得能够检测。与传统泡室中的温度和压力非常相似，温度和外部磁场设定了单分子磁体晶体的检测阈值。我们讨论了这种探测器的概念，暗物质检测，并提出了改善背景的方法。如果研制成功，这种探测器概念可以在meV - eV质量范围内搜索隐藏的光子暗物质，其灵敏度超过当前界限几个数量级。
2017-05-04 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
The 750 GeV Diphoton excess, Dark Matter and Constraints from the IceCube experiment
最近的大型强子对撞机数据显示，在不变质量为750 GeV的双光子分布中存在新共振的迹象。有趣的是，这种新粒子可能既是CP奇数，又扮演着进入暗物质领域的门户角色。在这些假设和动机的事实，即要求的$SU(2)_L$不变性自动意味着耦合这种所谓的新的共振$ZZ$和$Zγ$，我们调查的当前和未来的约束来自通过中微子望远镜冰立方进行的间接搜索。我们表明，这些约束可以比直接检测实验的强，如果暗物质质量大于几百GeV。此外，在暗物质是标量粒子的情况下，冰立方数据将DM和质子之间的截面限制在接近于参数自然值的预测值。
2016-08-19 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Non-thermal CMSSM with a 125 GeV Higgs
我们研究了具有非热中性伴子暗物质的CMSSM/mSUGRA的唯象。除了CMSSM的标准参数之外，我们还包括再加热温度作为额外参数。施加辐射电弱对称性破缺与希格斯质量约125 GeV，没有暗物质过剩生产，我们对比的情况下，不同的实验边界从对撞机（LEP，大型强子对撞机），宇宙微波背景（普朗克），直接（LUX，XENON 100，CDMS，IceCube）和间接（费米）暗物质搜索。允许的参数空间的特点是由一个Higgsino-like LSP的质量约300 GeV。观测到的暗物质丰度在2 GeV左右的再加热温度下可以达到饱和，而更高的温度需要额外的非中性伴子暗物质候选者，并扩展了允许的参数空间。Sfermion和Gluino的质量都在几TeV范围内。这些场景可以在隔离超对称破缺的弦模型中实现，避免了宇宙学模量问题，并与规范耦合统一兼容。天体物理学和粒子物理学实验将在不久的将来充分研究这种非热情景。
2015-02-19 astro-ph.CO hep-ph hep-th
On the Origin of Light Dark Matter Species
TeV质量的暗物质在一个新的GeV尺度的规范力下充电，可以解释电子宇宙射线异常。我们建议CoGeNT和DAMA直接探测实验观察光稳定态的散射-“GeV物质”-在这种力下带电，构成暗物质晕的一小部分。超对称暗扇区中的暗希格斯玻色子是GeV物质的天然候选者，GeV物质以5 x 10^{-38} cm ^2的通用截面散射质子，并且可以自然地分裂10-30 keV，因此它们与质子的主要相互作用是向下散射。作为一个例子，一个O（5）GeV暗higgsino的下散射可以同时解释CoGeNT和DAMA观测到的光谱。在这些实验中的事件率对应的GeV物质丰度的晕质量密度的0.2-1%。这种丰度可以直接来自弱耦合下的热冻结，或者来自不稳定的TeV尺度WIMP的晚期衰变。我们的建议可以通过在BaBar和Belle数据集中搜索外来物种来测试。
2010-06-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
