A cosmologically consistent millicharged dark matter solution to the EDGES anomaly of possible string theory origin
EDGES数据的分析表明，在$z\sim 17$的原子氢的红移21厘米线的吸收信号，这是强于预期的标准$Λ$ CDM模型。21厘米谱线的吸收信号解释为亮温$T_{21}$，在99 C. L.处的振幅为$-$ 500 $_{-500}^{+200}$ mK。这与标准$Λ$ CDM宇宙学给出的结果相差3.8 $σ$。我们提出了一个重子冷却的粒子物理模型，其中一小部分的暗物质驻留在隐藏的部门与$U(1)$规范对称性和Stueckelberg机制的操作混合的可见光和隐藏的部门与暗狄拉克费米子和暗光子组成的隐藏部门。Stueckelberg质量混合机制自动产生一个millicharge暗费米子的隐藏扇区提供了一个理论基础，使用millicharged暗物质，以产生所需的冷却重子看到的边缘散射millicharged暗物质。通过求解暗费米子和暗光子产额以及暗区和可见区热浴的温度比的耦合方程组，计算了毫荷电暗物质的遗迹密度。对于重子冷却的分析，我们分析了重子和毫荷电暗物质的温度随红移的演化方程。我们展示的参数空间的区域，允许与EDGES数据的一致性。我们注意到施图克尔伯格机制在弦中自然产生，并且毫电荷的存在将指向它的弦起源。
2021-12-06 hep-ph
Secluded and Putative Flipped Dark Matter and Stueckelberg Extensions of the Standard Model
在这里，我们考虑三个暗物质模型的规范对称性的标准模型加上一个额外的本地$U(1)_D$因素。一个模型是真正的隐蔽和其他两个模型开始翻转，但最终隐蔽。所有这些模型都包括一个暗费米子和一个通过施图克尔伯格机制获得质量的矢量玻色子。我们发现，将被翻转的模型提供了一个例子暗物质组成的“几乎最小相互作用粒子”（ALIPs）。因此，这种粒子与从实验室测量和天体物理观测中获得的约束是相容的。
2018-02-16 astro-ph.HE hep-ph hep-th
Astrophysical Bounds on Milli-Charged Particles in Models with a Paraphoton
核合成中相对论性粒子数的上限已被用来约束带电荷的粒子$εe$（$10^{-8} < ε<1$）。我们修正了先前计算的与阴影光子相互作用的毫荷电粒子的束缚。我们还讨论了红巨星和超新星1987A的性质的额外限制。
1993-10-14 hep-ph
Astrophysical constraints on millicharged atomic dark matter
非弹性暗物质的一些模型在某些新的$U(1)'$规范对称性下证明了束缚态的存在。如果这个新的暗光子与标准模型光子动力学混合，那么这些束缚态中的组成粒子可以获得分数电荷。这种电荷使暗物质介质色散。我们计算这种介质的折射率的频率依赖性，并使用从天体物理源的光的频率依赖性的到达时间来约束介质中的暗原子的属性。利用蟹状星云脉冲星的光波长观测，我们发现暗（电子）质子的电毫荷小于暗原子质量低于100 keV的电荷$e$，假设暗精细结构常数$\boldsymbolα=1$。我们估计，未来对伽马射线暴的宽带观测可以对质量在keV范围内的暗原子的毫电荷产生约束，这些约束与现有的对撞机约束具有竞争力。
2014-12-01 hep-ph
Recent Progress in Search for Dark Sector Signatures
当试图查明几个观测到的天体物理异常的共同起源时，以及在评估它们与现有排除限制的紧张关系时，会遇到许多困难。这些包括影响探测器操作的系统不确定性，我们对其响应的了解，天体物理学的不确定性，以及可以介导与探测器目标相互作用的广泛的粒子耦合。特别有趣的天体物理学证据激发了对暗光子的搜索，并将我们的注意力集中在具有GeV级暗区的隐谷模型上，该模型产生了令人兴奋的签名。最近的地下实验的结果也被认为是。在标准模型之外的许多新物理模型中都存在一个“亮”的隐藏扇区（暗扇区），它包含了新粒子的彩色光谱。最近，它已被证明，这种频谱可以引起独特的签名在碰撞时，在隐藏的部门的质量尺度远低于TeV的，如在隐藏的山谷，Stueckelberg扩展，和Unparticle模型。这些物理模型产生了高能准直轻子的独特特征。通过研究这些短暂的粒子，我们希望能追溯宇宙的历史。我们目前的理论使我们相信，有一些新的东西就在拐角处，这应该是在现代对撞机所提供的能量。
2016-08-24 hep-ph
Can a millicharged dark matter particle emit an observable gamma-ray line?
如果在不久的将来观测到伽马射线线，那么确定哪种暗物质（DM）粒子可能是其起源将是重要的。我们调查的可能性，伽马射线线将引起一个缓慢的DM粒子衰变的事实，DM粒子不会是绝对中性的。DM颗粒的“毫电荷”可以通过多种方式诱导，特别是通过动力学混合相互作用或通过Stueckelberg机制。我们表明，这种情况下可能会导致在特定情况下，可观察到的伽马射线线。这种可能性可以用一种系统的独立于模型的方式来考虑，通过写下相应的有效理论。这允许进行多通道分析，特别是给出来自宇宙射线发射的相关伽马射线线强度的上限。我们的分析包括在二体衰变中光子伴随中微子的可能性。我们表明，由于严格的限制，持有的中微子的毫荷，这不是一个选项，除非DM粒子的质量位于非常轻的KeV-MeV范围内，允许最近声称的解释的可能性，尚未得到证实，~3.5KeV的X射线线。
2014-03-24 astro-ph.CO hep-ph
The Andromeda Gamma-Ray Excess: Background Systematics of the Millisecond Pulsars and Dark Matter Interpretations
自从在M31方向发现了过量的伽马射线以来，其原因一直不清楚。已发表的解释集中在一个暗物质或恒星相关的起源。对银河系中心类似过剩的研究激发了信号空间形态与M31恒星质量分布的相关性。然而，由于天体物理学伽马射线前景模型存在很大的不确定性，因此确定观测到的过量发射的最佳理论是非常具有挑战性的。在这里，我们使用最先进的模板M31中的恒星质量分布和新的天体物理前景模型，其天空区域的M31伽马射线过剩进行光谱形态分析。我们构造的老恒星星族的M31的观测数据的基础上，从PAndAS调查和仔细删除前景星的地图。我们还通过使用基于机器学习方法的新型图像修复技术来产生改进的天体物理前景模型。我们发现，我们的恒星图，作为一个假定的人口的毫秒恒星在M31的隆起的位置代理，达到$5.4σ$的统计意义，使他们作为强烈的青睐，作为简单的唯象模型通常在文献中考虑，例如，亮度均匀的圆盘状模板。我们的恒星模板的检测是强大的天体物理前景模型的慷慨的变化。一旦恒星模板包括在天体物理模型中，我们表明，暗物质湮灭解释的信号是没有根据的。使用一个二进制人口合成模型的结果，我们表明，人口约一百万未解决的MSP可以自然地解释所观察到的伽马射线光度每恒星质量，能谱，和恒星膨胀盘流量比。
2022-04-01 astro-ph.HE hep-ph
Composite Millicharged Dark Matter
我们研究了一个复合毫荷电暗物质模型。这些暗物质是以类似π介子的形式出现的，它们来自于更高尺度的类QCD理论。我们提出了两种不同的可能性与有趣的现象学后果的基础上选择的参数。在第一种情况下，暗物质是非热产生的，它可能通过“暗π介子”的衰变来解释130 GeV费米光子线。我们估计了自相互作用截面，它可能在改变星系中心的暗物质晕轮廓和使暗物质变暖方面起重要作用。在第二个版本中，暗物质通过冻结机制产生。最后，我们施加所有可能的天体物理学，宇宙学和实验约束。我们详细研究了一般的限制millicharged暗物质，可能会出现从不同元素的异常同位素搜索，我们表明为什么限制的基础上直接搜索地下探测器一般是无效的。
2013-08-29 hep-ph
Optical dispersion of composite particles consisting of millicharged constituents
由带电成分组成的复合暗物质（DM）可以通过粒子的偶极矩与电磁场相互作用。这种相互作用导致DM介质的色散光学折射率。我们计算原子暗物质和更强的约束系统，通过谐振子势建模的折射率。折射率的色散性质将导致从遥远的天体物理观测点同时发射的高能光子和低能光子之间的时间滞后。由于物质色散，这种时间滞后可能会混淆洛伦兹不变性破坏（LIV）的潜在主张，这也可能导致这种时间滞后。我们比较了这两种效应的相对大小，并确定由于DM的色散是矮化潜在的LIV效应的能量低于普朗克尺度。
2016-07-15 hep-ph
Cosmological bounds on the "millicharges" of mirror particles
镜像世界是一个平行的隐藏扇区，其微观物理与普通粒子物理相同，可以有几个有趣的现象学和天体物理意义，镜像物质可以是宇宙中暗物质的天然候选者。如果普通光子和镜像光子由于拉格朗日项$(ε/2) F_{μν} F'^{μν}$而具有动力学混合，则镜像粒子有效地获得相对于普通光子的电荷$\sim ε$，使得它们成为一种历史上被创造为“毫荷电”的粒子，尽管现在它们必须被更恰当地称为“纳米荷电”。本文修正了动力学混合参数的宇宙学界，并在精确镜像宇称的情况下，设定了一个上限$ε< 3 \times 10^{-10}$。在非对称镜扇形的情况下，可以得到弱得多的极限，其电弱对称性破缺标度比普通电弱标度大。
2009-11-06 hep-ph
Recent Developments in Supersymmetric and Hidden Sector Dark Matter
本文介绍了超对称暗物质与LHC信号相关的一些新结果，并对超对称暗物质和暗扇形暗物质的最新研究进展作了简要评述。结果表明，暗物质的直接探测对超对称超对称粒子谱非常敏感，该谱在区分模型方面非常有用。结果表明，在“电荷伴壁”上发现中性伴暗物质的前景是非常光明的，这是由于在电荷伴壁上存在大量的模型点，其中NLSP是电荷伴，并且中性伴-质子散射截面在$\sim 850$ GeV以下的$10^{-44}$ cm $^{2}$范围内保持较高的值.它还表明，直接检测暗物质以及轻子加喷流签名和丢失的能量提供双重的，往往是互补的，超对称性的探针。最后，我们讨论了一个开箱即用的可能性暗物质，其中包括暗物质从隐藏的部门，这可能是由额外的弱相互作用的暗物质（一个斯蒂诺XWIMP），或毫荷电的暗物质所产生的Stueckelberg扩展的MSSM或SM。
2008-06-29 hep-ph
Plausible constraints and inflationary production for dark photons
本文研究暗光子的约束与产生机制，证明暗Higgs质量不能任意放松对动能混合参数的约束，提出暴胀后通过暗Higgs随机错位衰变产生暗光子暗物质的机制，并给出暗光子介导轻暗物质热冻结情形下动能混合参数的新下界。
2025-08-19 astro-ph.CO hep-ph
Freeze-in Production of Non-Abelian Millicharged Vector Dark Matter
National Center for Theoretical Sciences, National Taiwan University（台湾大学理论科学中心）；Phenikaa Institute for Advanced Study, Phenikaa University（phenikaa 大学先进研究院）；Institute of Physics, Academia Sinica（中央研究院物理研究所）
该研究提出了一种基于隐藏非阿贝尔规范部门的矢量冻结暗物质模型，通过维度五的动能混合算子和隐藏规范耦合g_D，实现了暗物质与标准模型的弱连接，并通过双温度玻尔兹曼演算预测了暗物质密度参数。
2026-07-28 hep-ph
Astrophysical Plasma Instabilities induced by Long-Range Interacting Dark Matter
本文研究长程相互作用暗物质在宇宙和星系团环境中的等离子体不稳定性，发现韦贝尔和火蛇不稳定性可显著改变子弹星系团并合性质，并对毫电荷及暗电荷暗物质参数空间给出更严格约束。
2022-10-17 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Constraining Millicharged dark matter with Gravitational positivity bounds
本文利用引力正性约束，结合宇宙学与天体物理观测上界，严格约束了具有无质量暗光子的毫电荷费米子暗物质模型参数空间，并发现当暗物质质量低于太阳核心温度时，大部分参数区域被排除。
2025-01-23 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Fermi Gamma-ray Haze via Dark Matter and Millisecond Pulsars
我们研究可能的天体物理和暗物质（DM）的费米伽马射线雾在银河系晕的解释。作为各种DM模型的代表，我们考虑DM粒子湮灭为W+W-，b-bbar和e+e-。在前两种情况下，在E > 10 GeV时，来自DM湮灭的瞬发γ射线发射是显著的，甚至是主导的，而来自湮灭DM产物的逆康普顿散射（ICS）是不显著的。对于e+e-湮没模式，我们需要100阶的提升因子来从ICS光子获得对伽马射线雾的显著贡献。高纬度高能粒子的可能天体物理来源包括Ia型超新星（SNe）和毫秒超新星（MSP）。根据我们目前对Ia超新星速率的理解，它们对银河系晕中的伽马射线通量没有显着贡献。由于银河系星晕中MSP的数量没有得到很好的限制，只要银河系星晕中有20 000 - 60 000个MSP，MSP可能是高纬度地区一个可行的伽马射线源。在这种情况下，来自MSP的脉冲伽马射线发射可以对大约几个GeV的伽马射线有贡献，而来自MSP电子和正电子的ICS光子在伽马射线雾中的所有能量下都是显著的。这样一个人口的MSP的可扩展性进行了讨论。与威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）的微波雾一致性要求MSP自旋下降能量的很大一部分转化为e+e-通量，或者DM主要湮灭为具有100阶助推因子的轻子。
2011-09-02 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
Terrestrial WIMP/Axion astronomy
在直接暗物质（DM）探测实验中预测信号需要了解当地晕的天体物理结构。这种理解中的任何不确定性都会直接影响到所有的实验结果。然而，我们的地面实验能够研究这种相同的天体物理依赖性，事实上，这是我们在亚毫秒差距尺度上对局部晕的唯一探测。这是最好的情况下实现的WIMP暗物质，如果方向敏感的实验是可行的，但需要新的参数化的速度分布，使模型独立的索赔。对于轴子来说，前景要大得多，与天体测量探测器相比，占星仪将能够更好地测量局部DM分布。
2017-10-30 astro-ph.CO hep-ph
Phenomenology and cosmology of millicharged particles and experimental prospects for their search
镜像世界是一个平行的隐藏扇区，其微观物理与普通粒子物理相同，可以有几个有趣的现象学和天体物理意义，镜像物质可以是宇宙中暗物质的天然候选者。在这篇论文中，我们详细分析了它在宇宙学中的一些含义，特别是在原始核合成时代。大爆炸核合成极限要求镜像世界的温度T'至少要比普通世界的温度T低两倍。我们提出了关于核合成时代的数值计算，并计算了作为x= T '/T的函数的普通世界和镜像世界中的轻元素和重元素丰度。虽然镜像世界基本上应该是氦占主导地位，我们表明，镜像世界中的重元素原始丰度可以显着高于在普通世界。我们还研究了光子和镜像光子之间的动力学混合的宇宙学界限，这实际上使镜像粒子相对于普通光子“millicharged”，小电荷与光子动力学混合参数成正比。这些界限对于DAMA/Libra实验中镜像暗物质探测的可能性非常重要。该毕业论文于2007年10月在拉奎拉大学答辩。
2008-09-28 astro-ph hep-ph
Probing New Physics at Cosmic Dawn with 21-cm Cosmology
本文提出结合紫外光度函数、Planck CMB光深和未解析X射线通量上限约束天体物理通量，以分离21厘米信号中的新物理效应，并给出毫荷电暗物质的明确预测。
2024-01-19 astro-ph.CO hep-ph
Astrophysical and Dark Matter Interpretations of Extended Gamma-Ray Emission from the Galactic Center
我们构建经验模型的弥漫伽马射线背景对银河系中心。包括所有已知的点源和模板的发射与相互作用的宇宙射线与分子气体，我们表明，扩展的发射以前观察到的费米大面积望远镜的数据对银河系中心检测到的扩散模型组件的所有排列具有很高的意义。然而，我们发现，在我们的模式中的源的通量和光谱的变化显着依赖于背景模式。特别是，中央Sgr A $^\ast$源的光谱比以前的工作更陡，并且扩展发射的恢复光谱具有较大的系统不确定性，特别是在较低的能量下。如果扩展的发射被解释为由于暗物质湮灭，我们发现湮灭到纯$b$ -夸克和$τ$ -轻子通道是统计上等效的拟合优度。在纯$b$ -夸克通道的情况下，我们发现$39.4\left(^{+3.7}_{-2.9}\rm\ stat.\right)\left(\pm 7.9\rm\ sys.\right)\rm\ GeV$的暗物质质量，而纯$τ^{+} τ^{-}$ -通道的情况下，估计暗物质质量为$9.43\left(^{+0.63}_{-0.52}\rm\ stat.\right)(\pm 1.2\rm\ sys.)\ GeV$。或者，如果扩展的发射被解释为天体物理学的起源，如由于未解决的毫秒星系，我们得到强有力的限制暗物质湮灭，虽然系统的不确定性，由于依赖于背景模型是显着的。
2014-07-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Dark Cosmic Rays
如果暗物质粒子带有电荷，就像在毫荷电暗物质模型中一样，那么这些粒子应该在产生普通宇宙射线的相同天体物理加速器中加速，它们的光谱应该具有可预测的刚性依赖性。根据电荷的不同，所产生的“暗宇宙射线“可以在超级神冈、冰立方和其他探测器中被探测为类似μ介子或中微子的事件。我们提出了新的限制，并提出了几个新的分析，特别是，超级神冈实验，它可以探测以前未探索的部分millicharged暗物质参数空间。我们的大多数结果是相当普遍的，适用于广泛的一类暗物质模型。
2017-03-01 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Detection of a Gamma-Ray Source in the Galactic Center Consistent with Extended Emission from Dark Matter Annihilation and Concentrated Astrophysical Emission
我们表明存在一个统计上显着的，强大的检测银河系中心的伽马射线源，这是一致的空间扩展信号，使用约4年的费米-LAT数据。如果暗物质粒子的空间分布与仅模拟暗物质的预测相似，则伽马射线通量与具有热湮灭截面的暗物质粒子的湮灭一致。我们发现一个扩展的源与伽马射线光谱，这是一致的暗物质粒子质量约10 GeV至1 TeV湮灭的b/b-条夸克，质量约10 GeV至30 GeV湮灭的tau+ tau-轻子的统计显着的检测。然而，这种解释中允许的区域的一部分与费米观测银河系卫星的限制相冲突。最大的改进，只包括点源的拟合得到的30 GeV的暗物质粒子湮灭的b/b-巴夸克。伽马射线的强度和光谱也很好地符合发射毫秒脉冲星（MSP）人口的密度分布像在M31中观察到的低质量X射线双星。扩展发射的最大拟合优度与已知的天体物理源一致，如球状星团中的MSP或分子气体上的宇宙射线韧致辐射。因此，我们的结论是，大部分的排放可能是从一个未解决的或空间扩展的天体物理源。然而，目前还不能排除全部或部分扩展发射来自暗物质湮灭的有趣可能性。
2013-05-21 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Exploring millicharged dark matter components from the shadows
近年来，具有隐藏相互作用的暗物质部分引起了人们的极大兴趣。这些框架包括millicharged粒子模型以及暗扇区束缚态，其成分具有电磁规范相互作用。这些奇异的带电状态可能构成了总暗物质密度的一部分。在这项工作中，我们探讨了一些细节的各种影响，光子球和球对称黑洞的阴影，由于暗物质等离子体提供这样的部门。估计物理上可行的参数空间的粒子物理模型，并采取半现实的天体物理方案，是服从理论分析，我们指出各种修改和特点，可能存在。这些效应中有许多是独特的，与传统的重子等离子体或黑洞周围的中性完美流体暗物质的类似情况非常不同。虽然在参数空间的许多物理上可行的区域中，对近视界区域和黑洞阴影的影响很小，但在低粒子质量区域的许多部分中，影响是显著的，并且可能通过当前和未来的望远镜测量。例如，这种偏差包括光子球和黑洞阴影半径的特征变化，光子球或黑洞阴影消失时暗物质等离子体色散的独特阈值，以及暗物质等离子体对电磁波变得不透明的地方。或者，我们指出，这种偏差和特性的非观测，在未来，可以把粒子物理参数空间的有趣的区域的限制。
2021-12-27 astro-ph.HE gr-qc hep-ex
