Neutral Hadrons Disappearing into the Darkness
我们在一个代表性的暗区模型中研究了中性强子的不可见衰变。介子$K_L$和$B^0$衰变到暗区,其分支率可以达到目前的实验极限。中子衰变的速率要么可以解释中子寿命之谜(尽管只有在参数选择极端和质量微调值的情况下),要么刚好超过其不可见衰变的当前极限($τ_N^{\rm inv} \ge 10^{29}$年)(如果运动学允许的话)。普通物质的这些不可见的衰变为我们提供了一个新的、充满希望的窗口,让我们可以探索新的物理学。
2018-08-27 hep-ex hep-ph
Darkness in the Crust: Searching for the truly "Dark" Subhalos with Paleo-detectors
本研究估算太阳邻域冷暗物质亚晕局部数密度,指出直接探测难,而古探测器因长暴露时间可探测约1个数量级亚晕,能限制其质量-浓度关系区域,结合暗物质粒子与小尺度结构信息。
2025-04-17 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
$Z$ Boson Decay into Light and Darkness
我们研究了$Z\rightarrow γ\bar γ$过程,其中$Z$玻色子衰变为光子$γ$和无质量暗光子$\bar γ$,当后者通过偶极矩耦合到标准模型费米子。这是一个简单而又重要的例子,说明如果最终粒子可以区分,朗道-杨定理--排除了大质量自旋1粒子衰变为两个光子的可能性--是如何被回避的。这一过程的显著特征是在$Z$ -玻色子质心中的共振单色单光子以及丢失的动量。LEP实验界限允许这样的衰变的分支比高达约10 $^{-6}$。在暗区的简化模型中,暗光子偶极矩是由重暗费米子和标量信使的单圈交换产生的。对于罕见的$Z\to γ\bar γ$衰变宽度的相应预测可以通过在未来对撞机中预见的大样本$Z$玻色子来探索。
2018-05-17 hep-ex hep-ph
Augury of Darkness: The Low-Mass Dark Z' Portal
具有重$Z^{\prime}$介质的狄拉克费米子暗物质模型受到自旋独立直接搜索和LHC边界的严格限制,使它们生活在$Z^{\prime}$共振附近。然而,这样的限制可以放松,通过关闭与标准模型费米子的矢量耦合,从而削弱直接检测边界,或者通过诉诸Z极以下的轻$Z^{\prime}$质量,以逃避大型强子对撞机的重共振搜索。在这项工作中,我们调查这两种情况下,以及我们的研究结果的适用性马约拉纳暗物质。我们推导出碰撞边界的光$Z^{\prime}$规范玻色子使用的$CL_S$方法,自旋相关的散射限制,以及自旋无关的散射率所产生的介质质量的能量尺度和核能规模之间的耦合的演变,和间接的检测极限。我们表明,这种情况下仍然是相当受数据的限制,近共振,他们可以容纳在银河系中心的伽马射线GeV过剩。
2016-12-22 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Light from darkness: history of a hot dark sector
研究热隐藏扇区驱动早期宇宙膨胀的情景,分析暗物质及其伴生暗光子的冻结与再加热过程,扩展可行参数空间,并设置新界限,为未来实验提供探测方向。
2025-04-24 astro-ph.CO hep-ph
Phasing out of Darkness: From Sterile Neutrino Dark Matter to Neutrino Masses via Time-Dependent Mixing
Max-Planck-Institut für Kernphysik(马克斯·普朗克核物理研究所);Centro de Astrofísica e Gravitação - CENTRA, Departamento de Física, Instituto Superior Técnico - IST, Universidade de Lisboa - UL(里斯本大学高等技术学院物理系天体物理学与引力中心);Departamento de Física Teórica and Instituto de Física de Partículas y del Cosmos (IPARCOS-UCM), Universidad Complutense de Madrid(马德里康普顿斯大学理论物理系及粒子与宇宙物理研究所)
本研究提出含两个右手中微子与辅助标量场的时变模型,通过晚近仍在进行的相变调控活性-惰性混合,规避X射线约束,同时解释暗物质与中微子质量,且预言可被未来实验检验。
2025-04-29 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Light (and darkness) from a light hidden Higgs
我们研究光双光子信号从扩展希格斯部门拥有(近似)与标准模型(SM)费米子以及保管对称性的费米子恐惧症。这类希格斯扇区可以在各种超越SM的场景中实现,并且能够逃避许多实验限制,即使在轻质量下也是如此,否则会受到强烈的约束。在$WW$阈值以下,中性分量的最鲁棒探测是双光子和多光子搜索。利用占主导地位的Drell-Yan希格斯对生产机制,并将其与更新的LHC双光子数据相结合,我们推导出强大的上限允许分支比之间的质量$45 - 160$ GeV。此外,如果与光子的耦合由$W$玻色子环主导,则质量$\lesssim 110$ GeV被排除。然后,我们研究了两种简单的方法来逃避这些界限,通过不同的循环贡献之间的取消或通过引入衰变到一个看不见的部门。这也开启了未来LHC双光子信号来自光隐藏希格斯扇区的可能性。作为明确的实现,我们考虑Georgi-Machacek(GM)和超对称GM(SGM)模型,其中包含保管(简并)希格斯玻色子玻色子与SM费米子的耦合被抑制,在SGM模型中,一个(中性子)LSP。我们还简要地研究了最近在$\sim 95$ GeV的$\sim 3σ$ CMS双光子过剩。
2018-06-20 hep-ex hep-ph
Mass dimension one fermions: Constructing darkness
令$Θ$是自旋半的维格纳时间反演算子,令$ϕ$是外尔旋量。然后,对于左变换$ϕ$,构造$ζ_λΘϕ^\ast$产生右变换旋量。相反,如果$ϕ$是右变换旋量,则构造$ζ_ρΘϕ^\ast$导致左变换旋量($ζ_{λ,ρ}$是相位因子)。这使得我们可以引入两组四分量旋量。将$ζ_λ$和$ζ_ρ$设置为$\pm i$,使所有八个旋量都成为电荷共轭算符~ $\mathcal{C}$(称为ELKO)的本征旋量。这允许我们引入两个量子场。计算了场及其伴随场的时间序积的真空期望值,揭示了场的质量维数为1。在量子场论的正则意义上,这两个场都是局域的。有趣的是,其中一个场是费米子场,另一个是玻色子场。引入的费米子场和标准模型的物质场的质量维度具有内在的不匹配。因此,相对于标准模型双峰,它们为新的场提供了自然的黑暗。统计数据和位置由一组阶段控制。这些都是明确给出的。然后我们观察到,在$p_μp^μ= m^2$中,狄拉克取了$4\times 4$单位矩阵$I$的最简单平方根(在$I \times m^2 $中,引入$γ_μp^μ$作为色散关系左边的平方根),因此他隐含地忽略了剩下的15个。当我们检查剩余的根,我们得到额外的玻色子和费米子暗物质的自旋一半的候选者。我们指出,到20世纪70年代初,狄拉克已经怀疑在与费米子相同的空间中存在自旋半玻色子。摘要被截断。
2022-05-10 gr-qc hep-ph hep-th
Origin of Delta N_eff as a Result of an Interaction between Dark Radiation and Dark Matter
威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)、阿塔卡马宇宙学望远镜(ACT)和最近南极望远镜(SPT)的结果表明,除了粒子物理学标准模型预测的众所周知的三种中微子之外,还可能存在额外的辐射成分。在这篇文章中,我们探讨了视在的额外暗辐射与冷暗物质(CDM)物理直接相关的可能性。特别是,我们考虑一个通用的情况下,暗辐射,作为相互作用的结果,直接产生的一部分暗物质密度有效地衰减成暗辐射。在早期,当暗物质密度可以忽略不计时,作为一个明显的结果,暗辐射的密度也非常小。当宇宙接近物质辐射相等时,暗物质密度开始占主导地位,从而增加了暗辐射的含量,改变了宇宙的膨胀率。由于这种暗辐射含量的增加在大爆炸核合成(BBN)之后自然发生,它可以放松可能的张力,与CMB相比,从轻元素丰度测量的辐射自由度值较低。我们用WMAP+ACT和WMAP+SPT数据数值模拟了这种情况,并推导出了暗物质衰变为暗辐射的允许分数的上限。
2012-09-28 astro-ph.CO hep-ph
Dark radiation from a unified dark fluid model
我们提出了一个统一的暗流体模型来描述$ΔN_\mathrm{eff}$在暗辐射中可能的演化行为。这个模型可以被看作是一个相互作用的模型,在暗扇区中,暗物质与暗辐射相互作用。我们证明了$ΔN_\mathrm{eff}$的演化可以很好地解释,而没有一些缺点,如$ΔN_\mathrm{eff}$的爆破和非零的相互作用在后期的时间。
2014-05-07 astro-ph.CO hep-ph
Probing dark radiation with inflationary gravitational waves
最近的宇宙学观测表明存在额外的轻物质,即,暗辐射在本文中,我们表明暗辐射的签名是印在暴胀引力波的频谱。如果暗辐射是由大质量粒子衰变产生的,则引力波的高频模被抑制。此外,由于暗辐射引起的各向异性应力的影响,引力波谱可能在暗辐射产生时进入视界的频率处出现下降。一旦对引力波谱进行了详细的实验研究,我们就可以推断出宇宙中暗辐射是如何以及何时产生的信息。
2012-11-19 astro-ph.CO hep-ph
Linear scale bounds on dark matter--dark radiation interactions and connection with the small scale crisis of cold dark matter
现代宇宙学中的一个悬而未决的问题是冷暗物质范式的小尺度危机。越来越多的注意力最近致力于自相互作用的暗物质模型作为一个可能的答案。然而,解决所谓的“失踪卫星”问题还需要存在额外的相对论性粒子(称为暗辐射),与早期宇宙中的暗物质散射。在这里,我们调查的影响,不同的理论模型设计的暗物质暗辐射相互作用的大尺度宇宙学观测。我们使用宇宙微波背景数据,把约束的暗辐射成分和它的耦合到暗物质。我们发现,数据所允许的耦合值意味着一个截止尺度的晕质量函数与银河系中的卫星观测相匹配。
2017-06-26 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter-Radiation Scattering Enhances CMB Phase Shift through Dark Matter-loading
本研究探究暗物质与非光子辐射的散射作用,发现其可进一步放大CMB声波振荡的相移,通过耦合谐振子模型解析机制,并结合观测数据验证了相移增强与相互作用暗物质丰度的线性关联,为暗物质-辐射相互作用模型提供新的观测特征。
2025-02-11 astro-ph.CO hep-ph
Non-Abelian dark matter and dark radiation
我们提出了一种新的暗物质模型与不寻常的现象。我们的模型的普通之处在于,暗物质粒子是WIMP,它们与标准模型弱耦合,并且具有弱尺度质量。不寻常的是,它们来自一个新的“暗”非阿贝尔规范群的多重态,具有毫弱耦合。这个暗规范群中的无质量暗胶子以弱自相互作用暗辐射的形式对宇宙的能量密度有贡献。在本文中,我们探讨了具有i的后果。多重态的暗物质ii.)自相互作用的暗辐射和iii.)与暗辐射弱耦合的暗物质。我们发现i.)暗物质截面被多重性因素修改,这对对撞机搜索和间接探测具有重要影响,ii.)暗胶子具有作为暗辐射影响CMB的热丰度。与其他无质量的中微子不同,暗胶子是相互作用的,并且具有消失的粘性,iii.)暗辐射与暗物质的耦合代表了用于衰减大尺度结构功率谱的新机制。一个额外的辐射和轻微阻尼结构的组合是有趣的,因为它可以消除全球$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
Fermionic dark matter interaction with the photon and the proton in the quantum field-theoretical approach and generalizations
质量维量子场,构造在具有双螺旋度的电荷共轭算符(ELKO)的本征旋量上,是描述暗物质的主要候选者。在散射过程中,它们与光子和质子的相互作用,在这里探索和讨论,使用标准QFT与麦克斯韦规范场和广义QFT也涉及波多尔斯基规范扇区。重整化和辐射校正分析的ELKO设置,在广义旋量对偶和扭曲共轭的背景下,都产生么正性。几个应用程序进行审查,涉及固有的黑暗ELKO建设和星系旋转曲线,非相对论性的潜在制度,和Møller-like散射涉及ELKO。
2022-06-23 hep-ph hep-th
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
A toy model of elastic scattering of high energy protons
总质子截面的弹性比与非弹性相互作用的空间轮廓的黑暗度有关,在一个简单的分析模型的框架中由单个参数。讨论了它们在LHC能区的临界值。描述了它们的渐近行为的两种可能的变体。
2017-04-07 hep-ex hep-ph nucl-ex
The critical regime of elastic scattering of protons at the LHC
结果表明,质子相互作用区的暗度取决于衍射锥的斜率与总截面的比值。在大型强子对撞机的能量下,它在小的碰撞参量下变得完全吸收。确定了比值的下限。这对它的能量行为施加了一些限制。有人认为,黑盘术语应取代黑色环面。
2014-01-14 hep-ex 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
Dark matter and dark radiation from evaporating Kerr primordial black holes
原始黑洞蒸发产生暗物质和暗辐射的机制非常有趣。我们考虑Kerr黑洞的情况,推广以前在Schwarzschild情况下得到的结果。对于暗物质,结果并没有显著变化,温暖的暗物质的边界也同样适用:特别是,克尔情况不能拯救黑洞统治轻暗物质的场景。对于暗辐射,$ΔN_{eff}$的期望值相对于史瓦西情况没有显著变化,但是对于自旋为2的粒子的增强:然而,在无质量的情况下,只有极端的黑洞才能达到预期的实验灵敏度。
2021-03-24 astro-ph.CO gr-qc 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
Nonthermal production of dark radiation and dark matter
暗物质可能与暗辐射相耦合:光的自由度在暗扇区粒子之间传递力。宇宙学的限制有利于暗辐射,它比标准模型辐射更冷。在暗物质和标准模型之间具有固定耦合的模型中,如果假设早期宇宙处于热平衡,这些约束就很难满足。我们构建了一个模型的不对称再加热的可见光和暗部门从一个长寿命的粒子(例如,模量)的后期衰变。我们表明,作为一个证明的原则,这样一个模型可以填充一个足够冷的黑暗部门,同时也产生重子和暗物质不对称通过平衡衰变。我们的大部分讨论都是根据耗散暗物质的情况来进行的,就像双盘暗物质的情况一样。然而,我们的研究结果也可能对其他场景感兴趣,如双希格斯模型,由于不可忽略的暗-可见光耦合,这些场景有过度产生暗辐射的危险。
2016-09-07 hep-ph
A dark radiation era prior to the inflationary phase
一个宇宙模型占主导地位的暗辐射,随后一段时间的通货膨胀的开始。这个模型基于Randall-Sundrum II型膜世界。目前的观测数据被用来固定与暗辐射相关的参数。
2009-01-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Superheavy Dark Matter in Light of Dark Radiation
如果满足稳定性条件,超重暗物质可以满足观测到的暗物质丰度。在这里,我们提出了一个新的阿贝尔规范对称性${\rm U(1)}_H$,用于超重暗物质作为电子的电磁规范对称性的稳定性。与${\rm U(1)}_H$相关的新规范玻色子有助于作为暗辐射的宇宙中相对论自由度的有效数量,最近已经通过几个实验测量到,例如,普朗克。我们计算了标量粒子通过环中的超重暗物质衰变对暗辐射的贡献。有趣的是,这种情况将由未来的大型强子对撞机在希格斯玻色子的不可见衰变特征中进行探测。
2014-10-22 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex