BBN constraints on MeV-scale dark sectors. Part I. Sterile decays
我们研究了大爆炸核合成对暗区惰性粒子的约束，这有助于哈勃速率，从而改变了原始核丰度的预测。我们特别注意的情况下，兆电子伏尺度的粒子衰变成暗辐射，这既不是完全相对论性的，也不是非相对论性在所有的温度相关的大爆炸核合成。作为一个应用程序，我们讨论了我们的一般结果的影响，自相互作用的暗物质与光介质的模型。
2018-02-26 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino lines from MeV dark matter annihilation and decay in JUNO
讨论了JUNO实验在MeV暗物质湮灭和衰变过程中发现中微子谱线的可能性。我们发现JUNO将能够对DM湮灭为中微子的截面和DM衰变为中微子的寿命给出严格的限制。更具体地，利用基准体积$17$ kton中的$20$年的数据获取，对于在$90\,\%$ C.L.处的DM颗粒$15\,{\rm MeV} \lesssim m_χ \lesssim 50\,{\rm MeV}$的质量，横截面将被约束为小于$4\times 10^{-26}\,{\rm cm^{3}\,sec^{-1}}$，其可能足够强以测试对于这样的DM质量范围的DM颗粒的热产生机制。对于在$90\,\%$ C. L.的DM粒子$m_χ \simeq 100\,{\rm MeV}$的质量，寿命将被约束为与$1\times 10^{24}\,{\rm sec}$一样强。
2022-11-01 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Effects of Long-lived 10 MeV Scale Sterile Neutrino on Primordial Elemental Abundances and Effective Neutrino Number
根据贫金属星的观测结果推断的原始锂丰度比标准大爆炸核合成（BBN）模型的理论值小3倍。我们假设一个简单的模型，其中包含一个质量为O（10）MeV的无菌中微子nu_H，它在BBN之后衰变很长时间。然后，我们研究了无菌中微子衰变的宇宙学效应。我们将nu_H衰变产生的电子和正电子诱导的非热光子的注入谱表示为nu_H质量和光子温度的函数。然后，我们一致地解决了（1）宇宙热历史，（2）非热光子诱导的非热核合成，（3）重子光子比η，（4）有效中微子数N_eff。nu_H衰变的能量注入量受到原始D和7 Li丰度、Neff值和宇宙微波背景能谱的限制。我们发现7 Be在10^4-10^5 s的寿命和>~ 14 MeV的质量范围内发生了光衰变，Li问题得到了部分解决。7 Be破坏超过3倍是不可能的，因为相关的D过度破坏。在参数区域中，eta值略微减小，而N_eff值增加了<~ 1的因子。修正了文献中关于7 Be（g，a）3 He和7 Li（g，a）3 H光致衰变截面的误差。然后发现，新的光致衰变率比旧的速率小2.3至2.5倍，因此7 Be和7 Li的光致衰变效率明显更小。
2014-08-11 astro-ph.CO hep-ph
Large neutrino mass in cosmology and keV sterile neutrino dark matter from a dark sector
该研究提出扩展跷跷板模型，通过暗扇区U(1)规范相互作用使暗物质与标准模型微中子热平衡，抑制活跃中微子丰度，从而调和宇宙学中微子质量与暗物质问题，并预言有效中微子种类数微增，可被未来CMB任务探测。
2025-04-19 astro-ph.CO hep-ph
Constraining dark matter-neutrino interactions with IceCube-170922A
天体物理学上的中微子从它们的源头经过星系团和我们银河系的暗物质晕，长距离地传播到地球。中微子与暗物质的相互作用可能会影响中微子的通量。最近对高能中微子IceCube-170922 A的多信使观测，在中微子能量为290 TeV时，给出了中微子与暗物质相互作用的稳定的$σ/M_{dm} \lesssim 5.1\times 10^{-23} {\rm cm}^2 /$ GeV上限，抑制率可达90%.结合CMB和LSS在不同中微子能量下的约束，我们可以约束暗物质-中微子相互作用的模型。
2019-04-16 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino masses, leptogenesis, and sterile neutrino dark matter
我们分析了这样一种情况，其中最轻的重中微子$N_1$是暗物质的候选者，而第二重的中微子$N_2$衰变产生轻子数。如果$N_1$处于热平衡状态，那么它今天的能量密度将比观测到的暗物质大得多，因此我们考虑通过$N_2$的衰变注入能量。在本文中，我们展示了这种情况下，给出正确的丰度的暗物质和重子物质，也诱导所观察到的中微子质量的参数。该模型可以解释X射线多镜任务X射线观测中可能出现的$M_1$ =7 keV的无菌中微子暗物质信号。
2014-07-20 astro-ph.CO hep-ph
Signal from sterile neutrino dark matter in extra $U(1)$ model at direct detection experiment
我们研究的可能性，直接暗物质探测实验发现衰变产物的无菌中微子暗物质在$U(1)_{B-L}$和$U(1)_R$模型。如果无菌中微子与轻规范玻色子相互作用并衰变为中微子和具有一定寿命的轻规范玻色子，这是可能的。在直接暗物质探测实验中，这种衰变产生的高能中微子会以足够大的反冲能量从原子核散射出去。我们强调，直接暗物质探测实验不仅可以探测WIMP，而且可以探测无菌中微子暗物质。
2020-11-12 astro-ph.CO hep-ph
Hidden MeV-Scale Dark Matter in Neutrino Detectors
本文从模型无关的角度探讨了用中微子探测器直接探测轻费米子暗物质的可能性。我们考虑所有的运营商的6维或更低，可以有助于相互作用$\bar{f} p \to e^+ n$，其中$f$是一个黑暗的马约拉纳或狄拉克费米子。然后从产生可见$γ$射线或电子的$f$寿命及其衰变中获得对这些算子的约束。我们发现一个算子，它将允许$\bar{f} p \to e^+ n$在有趣的速度在中微子探测器，只要$m_f \lesssim m_π$。现有的限制轻暗物质的遗迹密度参数，超新星冷却率，大爆炸核合成。我们计算了该算符所隐含的中微子探测器中的$\bar{f} p \to e^+ n$的截面，发现Super-K可以探测到该相互作用的新物理标度$Λ$直到${\cal O}(100 {TeV})$
2009-10-12 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological singlet diagnostics of neutrinophilic dark matter
粒子物理学的标准模型通过增加一个纯亲中微子暗区而得到扩展。结果表明，把标准模型中微子当作暗辐射的理论复活了。无菌中微子连接可见光区和暗区，即使在大爆炸核合成时代之后，它们之间的相互作用仍然有效。这种暗物质和标准模型中微子之间的长期接触解决了宇宙学标准模型中众所周知的小尺度结构问题。这项工作中提出的暗区满足粒子物理学和宇宙学的所有实验和观测约束。
2018-07-23 astro-ph.CO hep-ph
Dark matter produced from neutrinos
在中微子和暗物质（DM）之间存在相互作用的情况下，DM可以通过中微子扇区的冻结产生。我们研究了这种情况下的DM和中微子在早期宇宙中的演化的影响，并表明，未来的宇宙中微子探测实验PNOMMY可能是敏感的中微子信号，起源于DM湮灭在这个模型中。
2021-10-19 astro-ph.CO hep-ph
A try for dark energy in quantum field theory: The vacuum energy of neutrino field
School of Mathematics and Physics, Southwest University of Science and Technology（西南科技大学数学与物理学院）
本文探讨了中微子场真空能量对暗能量的贡献，指出其并非紫外区域场的问题，而是重场贡献被抑制的问题，并通过尺度去耦方法提出有效描述，得出中微子质量范围符合暗能量观测。
2026-06-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Searching for MeV-Scale Gauge Bosons with IceCube
轻规范玻色子可以导致高能天体物理中微子与宇宙中微子背景之间的共振相互作用。我们详细研究了这种可能性，考虑到IceCube探测这种情况的能力。我们发现在具有非常轻的$Z'$（$m_{Z'} \lesssim 10$ MeV）的模型中最显著的效果，其可以在$E_ν \sim\,$ 5-10 $\,{\rm TeV} \times (m_{Z'}/{\rm MeV})^2$诱导显著的吸收特征。在中微子质量和较小的情况下，这种轻的$Z'$可以在$\sim\,$ 0.1-10 $\,{\rm PeV} \times (m_{Z'}/{\rm MeV})^2$产生宽而深的光谱特征。目前的冰立方数据已经排除了这种情况下，$Z'$轻于几个兆电子伏和耦合大于$g\sim10^{-4}$。我们强调，由IceCube观察到的中微子口味的比例可以用来进一步增加它们对$Z'$模型和其他奇异物理场景的灵敏度。
2015-11-25 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Doped Semiconductor Devices for sub-MeV Dark Matter Detection
半导体中的掺杂原子可以用$\sim10$ meV能量沉积来电离，从而允许设计低阈值探测器。我们建议使用杂质半导体靶来寻找亚MeV的暗物质散射或亚eV的暗物质对电子的吸收。目前，无约束的截面可以在掺杂探测器中用1 g-天的曝光量进行测试，该探测器的背景为现有纯半导体探测器的水平，但需要改进以探测冻结目标。我们讨论了相应的技术要求，并制定了一个可能的探测器设计。
2022-12-08 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Neutrino -- Dark Matter Scattering and Coincident Detections of UHE Neutrinos with EM Sources
与光子相比，中微子从暗物质上的散射会导致它们传播的时间延迟，这将消除超高能中微子与其来源的电磁观测之间的相关性-同时保留观察到的扩散中微子通量。这可能解释了伽马射线暴的中微子通量预测与伽玛射线暴的EM观测相关的中微子缺乏之间的显著差异。相反，探测到与源相关的UHE中微子对这种相互作用提供了强有力的约束。我们考虑了一个表现出这种效应的暗光子暗物质与中微子相互作用的有效模型。
2019-08-18 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Searching for Dark Matter with MeVCube
该研究评估了拟议立方星任务MeVCube对暗物质的发现潜力，发现其在多种暗物质模型下的探测能力远超现有限制，为通过非引力途径发现暗物质迈出重要一步。
2025-07-10 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
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
Hidden Cores of Active Galactic Nuclei as the Origin of Medium-Energy Neutrinos: Critical Tests with the MeV Gamma-Ray Connection
最近冰立方对10-100 TeV范围内的大扩散通量的测量加深了对高能宇宙中微子起源的怀疑。基于活动星系核（AGN）的标准盘冠图像，我们提出了一个唯象模型，使我们能够系统地计算从AGN日冕多信使发射的光谱序列。我们表明，质子在日冕等离子体中可以随机加速到PeV的能量等离子体湍流，并发现该模型解释了大的扩散通量的中等能量的中微子，如果宇宙射线进行只有百分之几的热能。我们发现Bethe-Heitler过程在连接这些中微子和级联MeV伽马射线中起着至关重要的作用，并指出伽马射线通量甚至可以通过次级对的再加速来增强。该模型的关键测试是通过预测MeV伽马射线背景的很大一部分与约10 TeV的中微子相关，而包括NGC 1068在内的附近塞弗特星系是IceCube、KM 3 Net、IceCube-Gen 2和未来的目标来给出的。MeV伽马射线望远镜。
2020-06-17 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Detecting warm DM in the $MeV/c^2$ range
目前的实验数据和模型之间存在一些紧张关系，这些模型只包括解释太阳和大气振荡结果所必需的三个轻中微子质量本征态。因此，在带电电流反应中产生和观察到的活动中微子叠加态中，可能会有更多质量更大的态。这种质量在keV或MeV范围内的“重”中微子也可能是暗物质的候选者。质量大于1022 keV的状态可以衰变为$e^+ e^-$对和轻质量状态，留下容易识别的特征。本文的目的是估计可能的信号速率。
2013-01-18 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
MeV-Scale Dark Matter Deep Underground
我们证明，目前和计划中的地下中微子实验可以提供一个强大的探针时，结合附近的高强度低到中等能量的电子加速器的几兆电子伏的暗物质。这个实验装置，一个地下束流转储实验，是能够果断地测试热冻结机制的几个自然暗物质的情况下，在这个质量范围。我们提出的灵敏度达到现有的和计划中的探测器，如超级K，SNO+，和JUNO，结合一个假设的100兆电子伏的能量加速器的质量耦合参数空间。这种设置也可以大大扩展直接搜索新的光弱耦合力载体的灵敏度，而不依赖于它们与暗物质的联系。
2015-07-09 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Constraints on massive neutrinos from the pairwise kinematic Sunyaev-Zel'dovich effect
我们提出的平均成对动量的集群，通过运动学Sunvaev-Zel'dovich（kSZ）效应观察到的，作为一种新的探测大质量中微子。我们发现，当前和即将进行的调查的kSZ测量将为大尺度结构的中微子质量总和提供补充约束，并将改进普朗克卫星对原始宇宙微波背景（CMB）和CMB透镜的测量。中央的限制是一个独特的规模依赖的kSZ中微子签名的平均成对的集群，我们不希望被反映在系统的影响，改变信号的整体幅度，如集群的光学深度的动量。假设一个最小的$Λ$ CDM宇宙学，包括具有Planck原始CMB先验的大质量中微子和保守的kSZ规范，我们预测了“阶段II”的中微子质量和的$68%$上限为$290$ meV，$220$ meV，$96$ meV（ACTPol + BOSS），“第三阶段”（高级ACTPol + BOSS）和“第四阶段”（CMB-S4 + DESI）调查分别与普朗克单独预测的540 meV相比。这些预测包括能够同时限制中微子质量总和和质量平均光学厚度的集群样本在每个红移箱。如果平均光学厚度的集群可以测量百分之几的准确性和下限的质量被假定，预计kSZ的约束进一步提高到$120$毫电子伏，$90$毫电子伏和$33$毫电子伏（第二，第三和第四阶段）。这些预测是一个保守的估计中微子的限制，使用互相关的弧分分辨率CMB测量和光谱星系调查。从这些调查中可以获得更多与中微子约束相关的信息，例如星系…
2014-12-02 astro-ph.CO
Origin of Sterile Neutrino Dark Matter via Vector Secret Neutrino Interactions
秘密的中微子相互作用在暗物质的起源中起着至关重要的作用。我们提出了一个解剖的无菌中微子暗物质，keV尺度的规范单态费米子，与活跃的中微子混合的生产机制，在一个新的矢量玻色子介导的秘密活跃的中微子之间的相互作用。我们确定了三个制度的矢量玻色子的质量和耦合，使不同的影响暗物质生产通过色散关系和/或散射率。我们还分析了具有类似暗物质宇宙学但不同矢量玻色子现象学的规范$L_μ-L_τ$和$B-L$数的模型。我们推导出这些模型中的参数空间，其中所观察到的遗迹丰度产生的不育中微子暗物质。它们是即将进行的实验性搜索的目标。
2021-01-22 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Reducing cosmological small scale structure via a large dark matter-neutrino interaction: constraints and consequences
冷暗物质解释了宇宙学尺度上的大量数据。然而，在比星系团小的尺度上，模拟和观测之间的差异已经有了稳定的证据积累。这些小尺度结构问题的解决方案可能表明，模拟需要改进它们如何包括重子物质的反馈，或者可能意味着暗物质的性质不同于标准的冷，非相互作用的情况。影响小尺度结构形成的一个有希望的方法是暗物质与中微子的相对较强的耦合。我们建立了一个实验上可行的，简单的，可重整化的，中微子和暗物质之间的新的相互作用模型。我们表明，解决小尺度结构问题需要暗物质的质量是几十兆电子伏，和目前的密度由初始粒子反粒子不对称的黑暗部门。产生足够大的暗物质-中微子耦合需要一个质量在100 MeV左右的新的重中微子。重中微子大部分是无质量的，但含有大量的$τ$中微子成分，而三个几乎没有质量的中微子部分是无质量的。我们提供了第一次讨论如何这样的暗物质中微子相互作用影响中微子（特别是$τ$中微子）的现象。这个模型可以用未来的天体物理、粒子物理和中微子振荡数据来检验。中微子能谱的一个特征和未来附近超新星的味道含量将为中微子-暗物质相互作用提供强有力的证据。有希望的签名包括由于非标准相互作用和质量约为100 MeV的$τ$中微子的组成部分中微子振荡中的异常物质效应。
2014-12-09 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Indirect Detection of Dark Matter Using MeV-Range Gamma-Ray Telescopes
天体物理学界正在考虑在1- 100 MeV能量范围内建立各种伽马射线望远镜（包括ACT和GRIPS）的计划，这些望远镜可以填补目前灵敏度方面的所谓“MeV差距”。我们调查的效用，这种探测器的研究低质量的暗物质湮灭或衰变。对于质量低于约140 MeV（280 MeV）并与第一代夸克耦合的湮灭（衰变）暗物质，最终状态将由光子或中性π介子主导，在伽马射线望远镜中产生引人注目的信号。我们确定未来的检测器的运动学允许的最终状态的灵敏度。特别是，我们发现，计划检测器可以提高电流灵敏度，这类模型高达几个数量级。
2015-09-12 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
The Cosmic MeV Neutrino Background as a Laboratory for Black Hole Formation
对宇宙核心坍缩速率和相关中微子通量的计算，通常假设有固定比例的大质量恒星坍缩成黑洞。我们认为，最近的结果表明，这一部分，而不是增加与红移。随着相对更多的恒星在遥远的宇宙中作为“unnovae”消失，宇宙MeV中微子背景的可探测性由于其更热的中微子光谱而得到改善，对超新星调查的期望降低。我们的结论是，中微子探测器，从正常SNe的通量被隔离后，无论是通过改进的模拟或下一个银河系SN，可以探测黑洞形成的条件和历史。
2015-11-19 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Towards a cosmological neutrino mass detection
未来的宇宙学测量应该能够通过中微子对宇宙膨胀率和物质聚集的影响来间接确定中微子质量的总和。我们认为引力透镜的宇宙微波背景各向异性和重子声学振荡的星系分布的前景，研究如何预测的不确定性$\approx15$ meV的中微子质量总和（4 $σ$检测的最小质量）可能会达到在未来十年。当前的1 $σ$不确定度为$\approx 103$ meV（普朗克-2015 +BAO-15），将通过即将进行的“第3阶段”CMB实验（S3+BAO-15：44 meV）、即将进行的BAO测量（S3+DESI：22 meV）和计划中的下一代“第4阶段”CMB实验（S4+DESI：15-19 meV，取决于角范围）得到改善。一个改进的光学深度测量是重要的：预计中微子质量的不确定性增加到$26$毫电子伏，如果S4被限制在$\ell>20$，并结合目前的大规模偏振数据。在$Λ$ CDM之外，包括曲率不确定性使S4+DESI的预测质量误差增加了$\approx$ 50%，并且使用双参数暗能量状态方程时误差增加了一倍以上。包括星系透镜效应在内的互补性低红移探测器将在区分大质量中微子和偏离$w=-1$平坦几何的中微子方面发挥作用。
2015-09-24 astro-ph.CO
Neutrino clustering around spherical dark matter halos
冷的暗物质晕形成于残余中微子的平滑分布背景中--至少其中一些是大质量的，并且在晚期是非相对论性的。我们计算了宇宙学背景下球形坍缩冷暗物质晕周围大质量中微子的积累。我们确定的物理范围内的“中微子晕”的球形塌缩模型，这是大的相比，与维里半径的暗物质，和条件下，中微子达到冷暗物质晕将保持绑定到晕在晚些时候。我们计算了几个中微子质量等级的孤立球晕的中微子总质量和束缚中微子质量，并提供了这些量的冷暗物质晕质量和单个中微子种类的质量方面的拟合公式。
2014-06-04 astro-ph.CO
Neutrino Dark Energy With More Than One Neutrino Species
变质量中微子模型成功地解释了暗能量的起源，同时也解决了符合问题。然而，当中微子变得非相对论性时，该模型受到其形成中微子束缚态的稳定性的严重限制。我们讨论了这些限制，并发现自然，绝热，稳定的模型与适量的暗能量今天不存在。其次，我们解释了为什么使用最轻的中微子，这仍然是相对论性的，作为一个解释暗能量不工作，因为一个反馈机制，从较重的中微子。
2010-05-14 astro-ph astro-ph.CO
DEPFET detectors for direct detection of MeV Dark Matter particles
暗物质的存在是无可争议的，而它的性质仍然是未知的。用一种新的未观测到的粒子来解释暗物质的存在是最有希望的可能解决方案之一。最近，MeV质量区域的暗物质候选者受到越来越多的关注。与几个GeV到几个TeV之间的质量区域相比，这个区域在实验上基本上是未探索的。我们讨论了应用RNDR DEPFET半导体探测器直接搜索暗物质的MeV质量区。我们提出的RNDR DEPFET器件的工作原理，并审查先前进行的原型测量所获得的性能。讨论了该技术作为暗物质探测器的未来潜力，并给出了RNDRDEPFET传感器探测MeV暗物质的灵敏度。在感兴趣的区域中的三个背景事件和1 kg $\cdot$ y的曝光的假设下，可以达到对于质量为10 MeV的暗物质粒子的$\barσ_{\bar{e}} = 10^{-41}$ cm $^{2}$的灵敏度。
2017-12-09 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.ins-det
Probing the interaction between dark matter and dark energy in the presence of massive neutrinos
我们考虑了在暗区存在大质量中微子的相互作用的可能性，并研究了观测约束的三种不同的情况下，使用最新的CMB各向异性数据结合Ia型超新星，重子声学振荡，哈勃参数测量的大质量中微子。当在相互作用的暗扇区方案中除了中微子的标准模型预测之外还引入一个不育中微子时，我们发现表征暗物质和暗能量之间相互作用的耦合参数在2 $σ$置信水平下是非零的。此外，我们还发现含不育中微子的相互作用模型是一个很有希望缓解当前对哈勃常数的紧张的模型。我们没有发现证据的耦合在黑暗的部门时，一个不育中微子的可能性被丢弃。
2016-12-13 astro-ph.CO gr-qc
