Cosmology of axion dark matter
本文综述轴子暗物质宇宙学,涵盖早期宇宙产生机制、轴子质量预言、宇宙学界限及直接与间接探测,为当前搜寻提供关键背景。
2024-05-27 astro-ph.CO hep-ph
Indirect Searches for Secluded Dark Matter
暗物质是粒子物理学和宇宙学中最重要的开放性问题之一。弱相互作用大质量粒子(WIMPs)似乎是一个有吸引力的解决方案,提供了正确的遗物密度在电弱尺度的横截面,然而,没有WIMP信号被观察到,直到现在。隐蔽模型是标准模型的良好替代品。在这种情况下,暗物质不是直接湮灭为标准模型(SM)粒子,而是湮灭为介质,介质随后衰变为SM粒子。通过这种方式,隔离模型可以避免直接搜索的严格限制,同时可以通过间接检测实验进行探索。受到在几个模型构建努力中出现的隐蔽暗物质的启发,在这次演讲中,我们将介绍几种伽马射线仪器的灵敏度(当前和前景),包括费米LAT,H.E.S.S.,CTA和SWGO,隐蔽的暗物质湮灭的内星系晕,并在矮球状星系,涵盖了广泛的暗物质质量,从几十个GeV到数百TeV。
2021-09-30 hep-ph
Phenomenology of doublet-triplet fermionic dark matter in nonstandard cosmology and multicomponent dark sectors
在保管极限方案中考虑了暗物质候选者为纯二重态且处于电弱标度时的二重态-三重态费米子模型。这个计划,尽管是一个有吸引力的和有前途的DM模型,受到严重制约的DM遗物密度约束和希格斯双光子衰变率的LHC测量之间的相互作用。在这项工作中,DM遗迹密度被认为是产生于一个非标准的宇宙学方案或作为一个更大的部门,包括其他DM粒子的一部分,这是为了饱和所观察到的遗迹丰度。对于这些情况下,我们调查的新部门在不同的对撞机可观的影响,并研究来自直接检测和间接检测的伽玛射线在扩散和线状光谱的约束。因此,我们发现,在非标准宇宙学的情况下,大多数实验施加,到一定程度上,限制,虽然参数空间的大部分仍然是可行的。对于多组分的情况下,只有直接检测施加约束。
2018-11-08 hep-ph
Light Higgsino Dark Matter from Non-thermal Cosmology
我们研究的情况下,higgsino暗物质的背景下,一个非标准的宇宙学与大爆炸核合成之前的一段时间的物质统治。如果物质主导通过再加热到低于higgsino热冻结温度的温度而结束,那么它会改变暗物质遗迹的丰度。我们进行了一个独立的模型分析的希格西诺暗物质生产在这样的情况下。我们表明,轻higgsino型暗物质是可能的再加热温度接近1 GeV。我们研究的影响,暗物质间接检测和对撞机物理在这种情况下。我们表明,费米-LAT数据排除了非热希格斯玻色子的质量低于300 GeV。未来从费米-LAT和CTA进行的间接暗物质搜索将能够基本上覆盖整个参数空间。与热的情况相反,来自100 TeV对撞机的对撞机信号可以完全测试非热higgsino。在本文的第二部分中,我们讨论了这种非热宇宙学的动机从弦论的角度与后期衰减的KKLT和LVS模量稳定机制的模量。我们描述了嵌入暗物质希格西诺在这些情况下的影响。
2016-11-02 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Asymmetric dark matter in braneworld cosmology
我们研究了膜世界膨胀时期对非对称暗物质遗迹密度的影响。我们发现,在早期宇宙的兰德尔Sundrum II(RSII)模型预测的膨胀率增强导致早期粒子冻结和增强的遗物密度。Okada和Seto(2004)在对称暗物质模型中观察到了这种效应,这里我们将他们的结果推广到非对称暗物质的情况。我们还讨论了膜世界场景中增强的非对称湮灭率及其对间接探测实验的影响。
2014-05-07 astro-ph.CO hep-ph
Beyond the Standard models of particle physics and cosmology
暴胀宇宙论和重子合成的现代标准宇宙学模型深入涉及超越标准模型(BSM)的粒子理论。不可避免的是,BSM物理模型会导致超出标准宇宙学范式的宇宙学场景。讨论了暗原子宇宙学中的直接和间接暗物质搜索之谜、大质量原初黑洞团作为引力波信号源和反物质球状星团作为宇宙反氦源的情景。
2018-11-22 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
WIMPs in Dilatonic Einstein Gauss-Bonnet Cosmology
本文利用 WIMP 热退耦及间接探测限制约束 dEGB 修改宇宙学,揭示其高温标量场动力学效应,并指出其与致密双星并合限制的互补性。
2023-08-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Supersymmetry and Cosmology
宇宙学现在为新的粒子物理学提供了明确的定量证据。我讨论了宇宙学对超对称性的影响,反之亦然。主题包括:超对称性的动机;超对称破缺;暗能量;冻结和WIMP;中性伴子暗物质;最小超引力的宇宙学首选区域;中性伴子的直接和间接探测; DAMA和HEAT信号;暴胀和再加热;引力子暗物质;大爆炸核合成;以及宇宙微波背景。最后,我对暗宇宙微观描述的前景进行了推测,强调了粒子物理学/宇宙学界面两侧不同实验的必要性。
2004-09-27 astro-ph hep-ex hep-ph
A comparison between direct and indirect dark matter search
本文对中性伴子暗物质的探测进行了比较。特别是,我们比较了这些粒子的直接检测的理论预测,通过其弹性散射的目标核通过核反冲,与他们的间接检测通过伽马射线产生的湮灭在银河系中心。为了进行比较,我们特别注意可通过非常灵敏的实验进行检测的点,例如用于直接检测的EDELWEISS II和GENIUS,以及用于间接检测的GLAST。我们进行分析的框架中的一般SUGRA理论,允许存在非普遍的软标量和gaugino群众的参数空间。作为一个结论,我们发现,间接检测实验将能够测试更大的区域的参数空间比直接检测的。
2004-09-23 astro-ph hep-ph
Problems of dark atom cosmology
本文探讨了类Thomson复合暗原子$XHe$模型的两个宇宙学问题:通过sphaleron跃迁平衡超重粒子$X^{-2n}$的过量以确定其在暗物质中主导的质量范围,以及暗原子俘获轻核形成异常同位素和多暗原子系统的可能性。
2024-10-17 hep-ph
Nuclear Axial-Charge Transitions in Chiral Perturbation Theory
本文发展了一个系统的手征微扰展开式,用于计算核中的介子交换流,并将其应用于核轴向流。我们将这种计算的主要结果总结到一圈级,为核介质中“手征过滤现象”的猜想提供了有力的支持.重子手征微扰理论的应用使我们能够得到一个非常简单的结果,其有效性接近手征计数的首阶。证实了软π交换在重核轴电荷跃迁中的主导作用。指出了我们的结果对经验观察到的重核轴电荷跃迁增强的一个重要的{ \it虽然是间接的}结果。
1992-10-20 hep-ph
Capture and Indirect Detection of Inelastic Dark Matter
我们计算的捕获率为暗物质在太阳的模型,其中占主导地位的相互作用与原子核是非弹性的-暗物质向上散射到附近的黑暗“伙伴”状态,一个小分裂的顺序为100千电子伏。这种模型先前已被证明是兼容的DAMA/LIBRA数据,以及从所有其他直接检测实验的数据。非弹性暗物质的运动学确保了铁的散射对捕获的主要贡献。根据目前的直接探测实验结果,我们对当前和未来的中微子望远镜的中微子率进行了预测。来自Super-Kamiokande和IceCube-22的电流边界显著地限制了这些模型,假设湮灭进入两体标准模型的最终状态,例如W+W-,t-tbar,b-bbar或tau+tau-。湮灭成第一代和第二代夸克和轻子通常是允许的,湮灭成新的力载体也是允许的,这些力载体主要衰变成e+e-、mu+mu-和pi+pi-。
2009-11-17 hep-ph
Cosmology and Astrophysics of Minimal Dark Matter
我们考虑DM只耦合到SM规范玻色子,并填充一个规范多重态,例如费米子5重态(这是自动稳定的),或一个类似维诺的3重态。我们重新计算宇宙学遗迹丰度,包括非微扰修正。例如,5重态的预测质量从4.4 TeV增加到10 TeV,间接检测率提高了2个数量级。接下来,我们证明,由于DM多重态的中性和带电成分之间的准简并性,能量E > 10 ^17 eV的DM(可能存在于超高能宇宙射线中)的很大一部分可以穿过地球,以带电状态离开,原则上可以在中微子望远镜中检测到。
2007-07-26 astro-ph hep-ph
Cornering pseudoscalar-mediated dark matter with the LHC and cosmology
暗物质粒子通过赝标量介体与可见部分通信的模型从理论和现象学的角度来看都是有充分动机的。在这种情况下,直接探测边界通常是次要的,主要的约束要么来自对暗物质的对撞机搜索,要么来自间接探测实验。然而,大型强子对撞机对介质粒子本身的搜索不仅可以与直接对撞机暗物质探测器的范围竞争,甚至可以取代直接对撞机探测器的范围,而且还可以测试传统的单喷射搜索变得无关紧要的情况,特别是当介质不能在壳上衰变成暗物质粒子或其衰变被抑制时。在这项工作中,我们进行了详细的分析的伪标量介导的暗物质简化模型,考虑到一个大的对撞机约束,并集中在参数空间区域的宇宙学和天体物理数据的青睐。我们发现,100-200~GeV以上的介质质量基本上排除了大型强子对撞机搜索的情况下,大耦合的顶夸克,而即将到来的对撞机和天体物理测量将进一步限制可用的参数空间。
2017-07-24 hep-ph
Neutrinos in Cosmology and Astrophysics
本文简要介绍了中微子物理和天体物理的最新进展,这些进展对核物理前沿研究具有重要意义。我们认为,这些发展以新的方式将核物理与观测宇宙学和天体物理学的令人兴奋的发展联系起来。此外,中微子在稠密物质中的行为本身就是多体量子力学的一个基本问题,在某些方面类似于核物质和原子核中的众所周知的问题,在某些方面则完全不同,特别是因为非线性和量子去相干。自相互作用中微子气体是唯一由弱相互作用驱动的多体系统。
2013-03-15 astro-ph.CO astro-ph.SR hep-ph
Primordial Nucleosynthesis: from precision cosmology to fundamental physics
我们提出了一个最新的审查大爆炸核合成(BBN)。我们讨论了在过去的二十年中取得的主要进展的整体理论框架,总结了新的实验结果的影响核反应率,并严格重新检查轻核丰度的天体物理测定。然后,我们报告如何BBN可以被用来作为一个强有力的测试新的物理学,限制了广泛的思想和理论模型的基本相互作用超越了标准模型的强和电弱力和爱因斯坦的广义相对论。
2009-04-16 astro-ph hep-ph
Confluence of Constraints in Gauge Mediation: The 125 GeV Higgs Boson and Goldilocks Cosmology
最近发现的125 GeV的希格斯玻色子对于规范介导的超对称破缺(GMSB)来说是一个挑战,因为辐射对希格斯玻色子质量的贡献并没有因为显著的停止混合而增强。然而,这一挑战不应孤立地考虑,因为GMSB通常还面临其他两个问题:未抑制的电偶极矩和缺乏有吸引力的暗物质候选者。我们表明,所有这些问题可以同时解决,考虑重超伙伴,没有额外的领域或修改宇宙学。多TeV的超费米子抑制了EDMs并提高了希格斯粒子的质量,而暗物质的问题则被金发姑娘宇宙学解决了,在金发姑娘宇宙学中,TeV的中性伴子衰变为GeV的引力伴子,这些引力伴子既轻到足以解决味道问题,又重到足以成为所有的暗物质。对撞机搜索和直接和间接的暗物质探测的意义是清醒的,但预计EDM接近其当前的边界,由此产生的非热引力子暗物质必然是温暖的,具有可检验的宇宙学意义。
2012-05-29 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Axion Cosmology with Early Matter Domination
早期宇宙学的默认假设是,后暴胀宇宙在47000年前都是辐射主导的。辐射主导时代的直接证据可以追溯到核合成,核合成开始于第一秒。然而,有理论上的理由倾向于在核合成之前的一段较早的物质支配时期,例如,由于后期衰变的大质量粒子需要解释重子生成。轴子宇宙学在数量上受到早期物质支配的影响,在小尺度上产生不同的轴子质量范围和更大的不均匀性。在这项工作中,我们表明,这种增加的不均匀性可能会导致形成的轴子miniclusters的轴子参数范围是不同于通常假设的。如果再加热温度低于$58$ MeV,即使在膨胀期间存在轴子场并且先前已经均匀化,也可以形成轴子微团簇。典型的初始轴子微团质量的上限从$10^{-10} M_{\odot}$提高到$10^{-7} M_{\odot}$,其中$M_{\odot}$是太阳质量。这些结果可能会对轴子微团的间接探测产生影响,并且可以想象地探测核合成之前宇宙的热历史。
2018-07-26 astro-ph.CO hep-ph
The Cosmology of Composite Inelastic Dark Matter
复合暗物质是实现非弹性暗物质的自然设置-O(100 keV)质量分裂来自组成费米子的自旋-自旋相互作用。在模型中,各组分在轴向U(1)规范对称性下带电,也与标准模型夸克耦合,暗物质从标准模型核非弹性散射,可以解释DAMA/LIBRA年度调制信号。本文描述了复合非弹性暗物质模型的最小实现的早期宇宙学,其中暗物质是由轻夸克和重夸克组成的介子。组成夸克合成为暗介子和重子的过程中,产生的暗物质强子会根据系统中的相对质量标度产生几种不同的性质。
2010-07-06 astro-ph.CO hep-ph
More is Different: Non-Minimal Dark Sectors and their Implications for Particle Physics, Astrophysics, and Cosmology -- 13 Take-Away Lessons for Snowmass 2021
短语“更多就是不同”经常被用来指新的,意想不到的集体现象,当一个给定系统中的状态数量很大时,可能会出现这种现象。在对Snowmass 2021研究的贡献中,我们描述了13种意想不到的集体现象,这些现象可能在暗区包含大量状态时出现,与通常的假设相反。这13个外卖课程涵盖了暗物质物理学的所有相关领域,包括对撞机签名,直接检测签名,间接检测签名,暗物质互补性的新观点,甚至是意想不到的天体物理和宇宙学现象,超越了那些通常与单组分暗物质场景相关的现象。因此,这些经验教训-以及它们所依据的现象-表明,在考虑与非最小暗区有关的可能特征和理论可能性时,需要保持一种广泛的视角。
2022-03-31 astro-ph.CO hep-ph
Prospects of indirect searches for dark matter annihilations in the earth with ICAL@INO
我们研究了即将到来的铁量热计(ICAL)探测器的μ介子事件的前景,将建立在拟议的印度中微子天文台(INO)设施,由于中微子产生的湮灭弱相互作用大质量粒子(WIMP)在地球的中心。来自地核方向的大气中微子呈现不可约的背景。我们考虑5万t $\times$运行10年的ICAL和10- 10 0 GeV的WIMP质量和目前的90% C. L.排除灵敏度限制在$σ_{SI}$上,$σ_{SI}$是WIMP-核子自旋无关(SI)相互作用截面。ICAL计算的地球中WIMP湮灭的预期灵敏度极限比任何其他间接探测实验获得的极限更严格。对于~ $52.14 \textup{ GeV}$的WIMP质量,其中由于Fe核引起的WIMP在地球中的共振捕获而增强了信号通量,假设每个通道的分支比为100\%,灵敏度极限为:$τ^{+} τ^{-}$通道的$σ_{SI} =1.02\times 10^{-44}~cm^2$和$b ~\bar{b}$通道的$σ_{SI} =5.36\times 10^{-44} ~cm^2$。
2018-06-13 hep-ex hep-ph
micrOMEGAs 7: Beyond standard cosmology
LAPTh, CNRS, USMB(拉普斯理论物理实验室,法国国家科学研究中心,萨瓦大学);School of Physics and Astronomy, University of Southampton(南安普顿大学物理与天文学学院);New York University Abu Dhabi(阿布扎比纽约大学);IPPP, Department of Physics, Durham University(达勒姆大学物理系粒子物理理论与哲学中心);Laboratoire de Physique de Clermont Auvergne (UMR 6533), CNRS/IN2P3 Univ. Clermont, Auvergne(克莱蒙费朗奥弗涅物理实验室,法国国家科学研究中心/法国国家核物理及粒子物理研究所,克莱蒙奥弗涅大学);Skobeltsyn Inst. of Nuclear Physics, Moscow State Univ.(莫斯科国立大学斯科别尔钦核物理研究所)
介绍micrOMEGAs7,该版本通过广义玻尔兹曼方程处理非标准宇宙学中的暗物质,支持低温和早期物质主导等场景,并改进了亚GeV暗物质计算及多种实验约束。
2026-07-17 hep-ph
Cosmology and the Dark Matter Frontier
简要介绍了当前天体粒子物理学中的一些问题,重点是暗物质(DM)问题,其中与LHC物理学的联系特别强。来自普朗克卫星的新数据使支持DM存在的证据更加有力。最受欢迎的,但不是唯一的,宇宙学DM的候选者,弱相互作用大质量粒子(WIMPs),正在通过各种实验进行探测-通过地面探测器的散射直接探测,通过观察DM在银河系中湮灭的产物间接探测,最后在加速器如LHC上进行搜索。该领域正处于一个有趣的情况,所有这些搜索方法都达到了可能很快发现DM信号的敏感性,并且在未来几年内将探索大量模型。当然,人们对积极信号的期望很高,这就要求对“虚假警报”保持谨慎。一些目前令人困惑的和部分相互矛盾的证据DM检测进行了讨论,以及对未来的期望。
2013-09-27 astro-ph.CO hep-ph
Indirect and direct search for dark matter
宇宙中的大多数物质仍然是未知的,并正在通过直接和间接的方式进行调查。许多在地下实验室中寻找暗物质粒子从目标核上反冲的实验,已经对弱相互作用粒子的质量和散射截面建立了越来越强的约束,有些甚至看到了可能的信号的暗示。其他的实验也在寻找光子与光标量或赝标量粒子混合的可能性,这些粒子也可能构成暗物质。此外,暗物质的湮灭或衰变可以产生带电的宇宙射线、所有能量的光子和中微子。许多现有的和未来的地面和卫星实验对这种信号很敏感。最后,来自欧洲核子研究中心大型强子对撞机的数据被仔细检查,寻找丢失的能量,作为可能与暗物质有关的新弱相互作用粒子的特征。在这篇评论文章中,我们总结了该领域的现状,强调在专门的实验室实验中的直接探测,在宇宙辐射中的间接探测和在粒子加速器中的搜索之间的互补性。
2015-07-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Cosmological Production of Dark Nuclei
我们研究了暗物质核的形成的情况下,DM粒子是一个新的约束规范力的重子。暗核合成类似于SM中轻元素的形成,并且需要作为第一步形成暗氘。我们从第一性原理计算这个过程,使用核子核子相互作用的无π介子有效理论的形式主义。这种受控的有效场论展开使我们能够在浅束缚态假设下系统地计算一般SM表示的截面。在类矢量约束模型的背景下,我们发现,在TeV范围内的核子质量,重子DM的电弱成分可以形成一个显着的分数的暗氘和一个小得多的分数的暗氚。暗核的形成也可以在间接探测中导致单色光子线。具有单态的模型不会经历核合成,除非在理论中加入一个暗光子。
2018-12-26 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Phenomenology of Dirac Neutralino Dark Matter
在具有完整R对称性(而不是只有R宇称)的超对称模型中,中性伴子是狄拉克费米子而不是马约拉纳。在这篇文章中,我们讨论了中性伴子暗物质在这种模型中的现象学,包括热遗迹丰度的计算,以及直接和间接搜索的限制和前景。由于大的弹性散射截面与核预测R对称模型,我们被迫考虑一个中性伴子,主要是比诺,很少higgsino混合。我们发现了一个大的参数空间区域,在该区域中,质量在10和380 GeV之间的双类狄拉克中性伴子可以通过slepton交换湮灭,以提供与观测到的宇宙学密度一致的热遗迹丰度,而不依赖于共湮灭或共振湮灭。狄拉克中性伴子的间接探测的特征与马约拉纳实验中的预测有很大的不同,湮灭主要发生在$τ^+ τ^-$、$μ^+ μ^-$和$e^+ e^-$的末态,没有标准的手征抑制。与马约拉纳暗物质候选者不同,狄拉克中性伴子通过矢量耦合(通过$Z$和夸克交换)与原子核发生自旋无关的散射,从而在直接检测实验中产生潜在的大速率。这些和其他特点使得狄拉克中性伴子在最近的直接和间接检测异常的背景下潜在的兴趣。我们还讨论了一个小马约拉纳质量项的引入打破了$R$对称性,分裂成一对近简并的马约拉纳状态的狄拉克中性伴子的情况。
2013-11-04 astro-ph.CO hep-ph
Higgs-Portal Dark Matter in Brane-World Cosmology
本文在RS与GB五维膜世界宇宙学中研究希格斯门户标量暗物质,结合遗迹密度及直接、间接探测约束,发现RS会压缩甚至消除参数空间,而GB会显著扩大其允许区域。
2023-09-28 astro-ph.CO hep-ph
The Cosmology of Sub-MeV Dark Matter
鉴于对较重WIMP的严格限制,轻暗物质是一个引人注目的实验目标。然而,对于亚MeV的WIMP来说,宇宙在低于10 MeV的温度下已经被充分理解,没有空间让它成为热遗迹。避免热化本身就是一个强约束,对直接探测具有重大意义。在本文中,我们探讨了亚MeV的暗物质与可行的宇宙学模型的空间。这些模型的参数空间也符合天体物理学和实验室的限制,对电子耦合的限制很大,但对原子核的限制较少。我们发现,实现核截面远高于中微子地板必然预示着一个新的贡献的有效数量的中微子物种,$ΔN_{\rm eff} = 0.09$,将被测试的下一代CMB观测。另一方面,具有暗物质吸收特征的模型即使在未来的观测中也不太受宇宙学的限制。
2018-02-28 astro-ph.CO hep-ph hep-th
The WIMP-induced Gamma Ray Spectrum of Active Galactic Nuclei
由于直接和间接的暗物质探测实验继续对WIMP质量和耦合施加严格的限制,因此必须通过寻找新的和奇异的地方来扩大对粒子暗物质的搜索范围。其中一个地方可能是活动星系核的核心,那里的暗物质密度预计会非常高。最近,几个研究小组探索了观测暗物质与这些星系发出的高能喷流相互作用的信号的可能性。在这项工作中,我们建立在这些分析,包括其他组件的WIMP引起的伽马射线光谱的活动星系核,即(1)连续从WIMP湮灭到轻标准模型状态,随后辐射和/或衰变成光子和(2)直接(环诱导)衰变成光子。我们工作的背景下,普遍的额外维度的模型(特别是,一个模型与两个额外的维度)和计算所有三个组成部分的伽马射线光谱,并与当前的数据进行比较。我们发现,具有两个额外的维度的模型表现出一些有趣的功能,可以观察到的费米伽马射线望远镜。我们还表明,结合其他测量,活动星系核的伽马射线谱可以是一个宝贵的工具,限制WIMP参数空间。
2013-05-21 astro-ph.HE hep-ph
Bringing Isolated Dark Matter Out of Isolation: Late-time Reheating and Indirect Detection
在标准宇宙学中,结构的增长在物质辐射相等之后变得显著。在非热历史中,由于大爆炸核合成之前的标量振荡,发生了一个有效的物质主导的阶段,在较小波长的新尺度出现在物质功率谱中。在物质主导阶段进入视界的密度扰动在辐射主导开始之前与尺度因子线性增长,如果暗物质在物质主导阶段在热和动力学上发生扰动,则会导致小尺度上的不均匀性增强。这些增强的扰动形成的微晕显著提高了暗物质的自湮灭率。这对间接探测实验有重要的意义:较大的湮灭率将导致来自暗物质候选者的可观测信号,而这些信号通常被认为是不可测试的。作为一个原则的证明,我们认为Binos在重超对称与中间扩展希格斯部门和所有其他超伙伴解耦。我们发现,这些孤立的比诺,这躺在中微子地板下,可以解释暗物质遗迹密度,同时也导致可观察到的预测费米-LAT。费米-LAT对矮球状星系的观测所得到的湮灭截面的当前限制可能已经将比诺暗物质的质量限制在$\mathcal{O}(300)$ GeV,这取决于微晕的内部结构。更广泛的约束是可能的,与改进的伽马射线边界和从$N$体模拟增强计算。
2015-10-14 astro-ph.CO hep-ph hep-th
TASI Lectures on the Particle Physics and Astrophysics of Dark Matter
这些关于暗物质(DM)的粒子物理学和天体物理学的讲义在TASI 2022“希格斯发现十年后:粒子物理学的现在和未来”上发表。“这些针对高级研究生和初级博士后水平的课堂讲稿的重点是间接的(即,天体物理学和宇宙学)粒子DM模型的探测器。虽然DM模型和间接检测广泛讨论,弱相互作用的大质量粒子(WIMP)和轴子的例子进行了详细的研究。所涵盖的主题包括:DM在宇宙学和结构形成的天体物理学中的作用,包括星系中DM密度分布,粒子DM模型的一般约束,最小DM理论,以higgsino作为相关和说明性的例子,伽马射线的间接探测,包括即将到来的切伦科夫望远镜阵列,轴子作为强CP问题的解决方案和DM候选者,包括可能的紫外线完成和轴子弦宇宙学的讨论,以及轴子的天体物理探测,如等曲率扰动,$N_{\rm eff}$,黑洞超辐射,射电望远镜,光谱调制,恒星偏振和恒星冷却等主题。本书提供了一些示例性的望远镜笔记本,引导读者进行相关的分析,其中包括一个示例性的统计分析,即利用费米大天区望远镜的伽马射线数据对Segue I矮星系进行DM湮灭搜索,这与费米银河系中心过剩的DM解释有关。我们还提供了粒子和天体粒子物理学的频率统计学的介绍。这些课堂讲稿是教学性的,重点是解释基本的物理原理和分析技术,这些技术将在未来十年的粒子DM搜索中发挥关键作用。
2023-03-03 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Starburst Nuclei as Light Dark Matter Laboratories
本文指出星暴星系中宇宙射线与亚GeV暗物质散射会扭曲能谱,利用现有伽马射线数据限制质子-暗物质散射截面,并预测未来CTA观测可将限制提升两个数量级。
2023-09-15 astro-ph.HE hep-ph
Direct WIMP detection rates for transitions in isomeric nuclei
本文研究了 WIMP 诱导的 $\ m^{180}Ta$ 和 $\ m^{166}Ho$ 同核异能核态跃迁,提出了测量 $\ m^{180}Ta$ 衰变的实验装置,并给出了其半衰期估计。
2024-06-20 hep-ph nucl-ex nucl-th
Double charged heavy constituents of dark atoms and superheavy nuclear objects
我们考虑复合暗物质模型,假设在$O$ He原子中,稳定的带电粒子$-2$与原初氦核通过库仑力结合。我们研究捕获的暗原子的物质,并提出了存在稳定的$O$富集超重核和$O$ -nuclearites,其中重$O$ -暗物质费米子与普通核物质的电磁力的可能性。还考虑了$O$ He原子在恒星中的积累及其在恒星演化中的可能作用,扩展了复合暗物质的间接探测方法。
2019-01-17 astro-ph.CO hep-ph nucl-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
Cosmology and Signals of Light Pseudo-Dirac Dark Matter
在本文中,我们分析了宇宙学的演变,允许的参数空间,和观测前景的一个暗扇区组成的热产生的伪狄拉克费米子与一个小的质量分裂,耦合到标准模型通过暗光子。这种情况下是特别值得注意的背景下,亚GeV的暗物质,其中的质量非对角领先的相互作用限制了适用性的CMB能量注入约束和标准的直接检测搜索。我们提出了第一个一般性的研究的热历史的伪狄拉克DM分裂从100 eV到兆电子伏,侧重于较重的“激发”态丰度通过散射和衰变的耗尽,并从其小的生存丰度所产生的独特的信号。我们分析了CMB能量注入边界上的DM湮灭和衰变,基于加速器的探针,和新的线状直接检测信号从激发DM下散射的原子核或电子,以及未来的搜索前景,在每个通道。我们还评论的相关性,这个信号的几千电子伏氙1T电子过剩和可能的昼夜调制这个信号,并介绍了信号强度参数化,以便于比较未来的实验结果的理论预期。
2021-08-30 astro-ph.CO hep-ph
Implications of Recent Nucleon Spin Structure Measurements for Neutralino Dark Matter Detection
暗物质中性伴子的直接和间接探测的预测速率一般取决于核子的自旋含量。主要是$B$ -ino的中微子是通过自旋依赖相互作用检测的最有可能的候选者。测量的核子自旋含量的不确定性可能会导致探测$B$ -inos的速率的显著不确定性,该速率是通过与未成对中子的核散射来实现的。$B$ -inos从带有未成对质子的原子核上的自旋相关散射速率要稳健得多,太阳中捕获$B$ -inos的速率也是如此。
1994-06-22 astro-ph hep-ph nucl-th
Probing Nuclear Structure of Heavy Ions at the Large Hadron Collider
本文通过高统计量模拟研究了大型强子对撞机上重离子碰撞中核结构对各向异性流比值的影响,发现该比值对核皮厚度敏感,可作为约束中子皮的基准。
2024-09-27 hep-ph nucl-ex nucl-th
Perspectives on the detection of supersymmetric Dark Matter
到目前为止,对暗物质(DM)探测的研究还没有成功,这要么是因为我们对DM信号的看法是错误的,要么是尽管近年来取得了很大的进展,但探测器的灵敏度仍然太低。我们从我们从宇宙学中对DM的了解以及为什么超对称性为宇宙学和粒子物理学提供了如此有趣的范式开始讨论这两种可能性,以便理解放弃这种范式意味着什么。此外,我们比较了预测的截面直接和间接DM检测与观察的最新发展的重点。特别是,我们讨论了两个激烈争论的候选人的DM湮灭信号,即正电子过剩和费米GeV过剩,这是不幸的是彼此不兼容,更平凡的天体物理解释存在的可能起源。
2017-12-18 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Detection Prospects of the Cosmic Neutrino Background
宇宙中微子背景(CnuB)的存在是标准大爆炸宇宙学的基本预测。虽然目前的宇宙学探测提供了间接的观测证据,但在实验室实验中直接探测CnuB是对现有实验技术的巨大挑战。我们讨论了未来的前景,直接检测的CnuB,重点是捕获β衰变核的方法和PAPOMY项目。本文还讨论了利用电子俘获(EC)衰变核、极高能宇宙中微子(EHEC \nus)在Z共振下的湮灭以及原子去激发等方法的其他可能性。
2015-04-15 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
GALLUMI: A Galaxy Luminosity Function Pipeline for Cosmology and Astrophysics
对高红移星系的观测为我们提供了一个丰富的工具来研究再电离时代的物理学。这些天体的光度函数(LF)是控制星系形成的复杂过程的间接示踪剂,包括第一个暗物质结构。在这项工作中,我们提出了一个广泛的分析紫外星系LF在高红移提取宇宙学和天体物理参数。我们提供了一些唯象的方法在模拟的紫外线LF,并考虑到各种来源的不确定性和系统学在我们的分析,包括宇宙方差,尘埃消光,散射的晕星系连接,和Alcock Paczyrobski效应。使用紫外LF测量从哈勃太空望远镜连同外部数据的物质密度,我们推导出的大规模的物质集群振幅为$σ_8=0.76^{+0.12}_{-0.14}$,边缘化后的未知天体物理参数。我们发现,与目前的数据,这一结果是我们选择的天体物理建模,以及校准的基础晕质量函数只有弱敏感。作为交叉检查,我们使用来自IllustrisTNG流体动力学模拟的模拟数据运行我们的分析管道,并找到与其输入宇宙学一致的结果。此外,我们对未来的太空望远镜进行了简单的预测,预计比我们目前的结果提高约30%。最后,我们得到的天体物理参数和这里考虑的模型的晕星系连接的约束。在这项工作中讨论的所有方法都是以通用的似然码GALLUMI的形式实现的,我们将其公开。
2022-04-01 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Gaugino coannihilations
高尺度超对称性破缺的理论正引起人们的广泛关注,因为它与粒子物理学、天体物理学和宇宙学的几乎所有实验都是一致的:例如,它可以解释希格斯粒子的质量约为126 GeV,并包含WIMP暗物质候选者。在这种情况下,高吉诺预计将在TeV尺度左右,因此在不久的将来实验的运动学可访问范围内。计算高吉诺(比诺或维诺)暗物质的热遗迹丰度是特别重要的,以澄清其质量与宇宙学相一致,并确定未来的方向探索高尺度超对称性破坏的情况。在这篇文章中,我们计算了高吉诺暗物质的丰度,特别关注高吉诺之间的各种共湮灭,这是迄今为止还没有被广泛研究的。我们的计算涉及索末菲效应的维诺和胶子湮灭,这是众所周知的,给他们的截面显着的贡献。基于所得结果,我们讨论了在对撞机上的高吉诺搜索和暗物质的间接探测实验的一些启示。
2014-06-25 hep-ex hep-ph
Dark Photon mediated Inelastic Dark Matter in Cosmology, Astrophysics and Colliders
Center for Quantum Spacetime, Sogang University(Sogang大学量子时空中心);Department of Physics, Sogang University(Sogang大学物理系)
暗光子介导的非弹性暗物质研究,探讨其在宇宙学、天体物理学和对撞机中的现象学及实验探测。
2026-10-19 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Aspects of the Dark Dimension in Cosmology
该研究探讨了暗维度模型,指出其可容纳中微子质量,并预测KK引力子衰变信号可被下一代实验探测,且暴胀参数自然。
2023-04-14 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Relic Gravitational Waves and Cosmology
这是我在“Zeldovich-90”国际会议上演讲的扩展版本。我首先简要回忆一下在研究遗迹引力波的背景下与泽尔多维奇的互动。然后,我总结了宇宙学扰动的量子力学产生的原理和早期结果。遗迹引力波在不同的频率窗内,其期望振幅不同,因此探测技术和前景也不同。本文的一部分描述了直接探测遗迹引力波的工作现状。另一部分致力于间接检测通过各向异性和偏振测量的宇宙微波背景辐射(CMB)。强调指出,关于遗迹引力波的存在和预期数量的结论是建立在坚实的理论基础和最好的宇宙学观测基础上的。我还详细解释了所谓的“暴胀引力波”出了什么问题,暴胀理论家预测它的量小得可以忽略不计,因此使它们失去了任何观测意义。
2006-03-05 astro-ph gr-qc hep-ph