Planck-scale effects on WIMP dark matter
有一个广为人知的猜想，即引力效应违反了整体对称性。研究了普朗克尺度物理引起的高维算符的整体对称性破坏对WIMP暗物质性质的影响。使用一个有效的描述，我们表明，WIMP暗物质候选人的寿命可以满足宇宙学的界限，在合理的假设下，关于5维运营商的强度。另一方面，由于新的衰变通道，间接WIMP暗物质探测信号显著增强。
2013-12-20 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Thermodynamic Evolution of Secluded Vector Dark Matter: Conventional WIMPs and Nonconventional WIMPs
隐蔽的暗物质位于一个隐藏的扇区内，并自我湮灭为较轻的介质，随后衰变为标准模型（SM）粒子。取决于介质的耦合强度的SM，隐藏的部门可以从SM浴动力学解耦时，温度下降到低于介质的质量，和暗物质湮灭截面在冻结，因此可能会被推高以上的弱相互作用的大质量粒子的常规值。本文从第一性原理出发，采用最简单的隐矢量暗物质模型，对暗区的热力学演化进行了全面的研究。受银河系中心γ射线过剩观测的启发，我们以暗物质和介质的两个质量集$\sim{\cal O}(80\, \text{GeV})$为例来说明热力学。数值求解了隐区数密度和温度演化的耦合玻尔兹曼矩方程。这种形式可以很容易地推广到一般的隐蔽暗物质模型。我们发现，一个长寿命的调解人可以导致一个提升的暗物质湮灭截面占遗迹丰度。我们进一步显示的参数空间，它提供了一个很好的适合银河系中心多余的数据，是兼容的当前边界和LUX-ZEPLIN预计的灵敏度。我们发现，未来的观测矮球状星系提供了有前途的达到探测最遗迹允许的参数空间有关的增强暗物质湮灭截面。
2022-09-25 astro-ph.CO hep-ph
A Precision Search for WIMPs with Charged Cosmic Rays
AMS-02已经达到了探测正则热WIMP的灵敏度，因为它们被湮没成反质子。由于数据的高精度，天体物理背景的不确定性已成为间接暗物质探测的最大限制因素。在这项工作中，我们系统地量化和-在可能的情况下-减少反质子背景的不确定性。我们通过结合反质子、B/C和正电子数据来约束带电宇宙射线的传播。截面的不确定性是从广泛收集的加速器数据中确定的，并且是有史以来第一次被充分考虑在内。这使我们能够通过光谱特性来鲁棒地约束甚至次主导的暗物质信号。对于一个标准的NFW暗物质配置文件，我们能够排除热WIMP的质量高达570 GeV的湮灭成底夸克。虽然我们证实了与质量约为80 GeV的暗物质兼容的报告过量，但在我们的分析中，其局部（全球）意义仅达到2.2 sigma（1.1 sigma）。
2017-11-29 astro-ph.HE hep-ph
Constraints on the axial-vector and pseudo-scalar mediated WIMP-nucleus interactions from PandaX-4T experiment
基于PandaX-4T实验0.63吨·年曝光数据，未发现显著信号超出，对轴矢量和赝标量介导的WIMP-核相互作用给出约束，设定了迄今最严格的WIMP-中子自旋相关散射截面上限并推导了简化模型的排除限。
2024-08-27 hep-ex hep-ph
Dark Matter EFT, the Third -- Neutrino WIMPs
只与第三代费米子耦合的不育中微子是有吸引力的暗物质候选者。在EFT方法中，我们证明了他们可以生成所观察到的遗物密度，而不违反直接和间接检测的约束。这样的EFT代表了规范的第三代$B-L$模型，以及第三代标量或矢量轻夸克。LHC测量自然区分不同的基础模型。
2020-12-17 hep-ph
Reevaluation of spin-dependent WIMP-proton interactions as an explanation of the DAMA data
我们重新审视的DAMA实验所观察到的年度调制信号的解释，由于WIMP与自旋相关的耦合主要是质子。我们考虑轴矢量和赝标量耦合，以及弹性以及吸热和放热的非弹性散射。我们的结论是，DAMA信号是在强大的张力与其他直接检测实验，特别是PICASSO和KIMS的零结果。
2015-07-10 hep-ph
Superheavy WIMP dark matter from incomplete thermalization
虽然人们通常认为一类与$Z$玻色子有矢量耦合的弱相互作用大质量粒子（WIMP）暗物质（DM）被直接DM搜索的空结果否定，但如果它们是质量为$m_{DM} \gtrsim 10^9$ GeV的超重粒子，那么这类WIMP DM仍然是可行的。未来，超重WIMP DM可以被搜索到$m_{DM} \simeq 10^{12}$ GeV，这对应于所谓的中微子下限。我们表明，所观察到的$Ω_\mathrm{DM}h^2 \simeq 0.1$的超重WIMP DM的丰度可以再现由一个合适的再加热温度的$T_R \simeq m_{DM}/29$膨胀后，如果直接膨胀衰变到DM是可以忽略的或运动学禁止。
2021-08-07 hep-ph
Thermal WIMPs and the Scale of New Physics: Global Fits of Dirac Dark Matter Effective Field Theories
我们评估了广泛的一类WIMP暗物质（DM）模型的最新实验结果，使用全球拟合框架$\textsf{GAMBIT}$。本文对描述规范单态狄拉克费米子与标准模型夸克、胶子和光子相互作用的有效场论算符进行了全面分析。在这种自下而上的方法中，我们同时改变了14个这样的运营商的系数高达7维，随着DM质量，新物理的规模和几个讨厌的参数。我们的似然函数包括来自$\mathit{Planck}$、直接和间接检测实验以及LHC的最新数据。对于DM质量低于100 GeV，我们发现，这是不可能的，同时满足所有的约束，同时保持EFT的有效性在LHC的能量。对于1 TeV左右的新物理尺度，我们的结果受到LHC数据中几个小的过度的影响，并取决于我们采用的处方，以确保EFT的有效性。此外，我们发现大区域的可行的参数空间中的EFT是有效的，遗迹密度可以重现，这意味着WIMP仍然可以占DM的宇宙，同时与最新的数据是一致的。
2021-11-13 astro-ph.CO hep-ph
WIMP and SIMP Dark Matter from the Spontaneous Breaking of a Global Group
我们提出并研究了一个标量扩展的标准模型，尊重一个$\mathbb{Z}_3$对称剩余的自发破缺的全球$U(1)_\text{DM}$对称。因此，这个模型有一个自然的暗物质候选者和物理光谱中的戈德斯通玻色子。此外，由于与新粒子的混合，希格斯玻色子的性质相对于标准模型发生了变化。我们探索的参数空间中的区域，考虑到边界从测量的希格斯粒子的属性，暗物质直接检测以及测量的有效数量的中微子物种重组前。暗物质遗迹密度由三类过程决定：通常的自湮灭、半湮灭和纯暗物质$3 \to 2$过程。后者最近引起了人们的兴趣，导致了所谓的“强相互作用大质量粒子"设想。我们展示了在哪些条件下我们的模型可以具体实现这种场景，并研究了暗物质自相互作用可以解决小尺度结构问题的可能性。特别是，我们发现，为了使SIMP方案的工作，暗物质质量必须在$7-115$兆电子伏的范围内，与全球对称性能量破缺规模在TeV范围内。
2015-04-08 hep-ph
Detection possibility of a Pseudo-FIMP in presence of a thermal WIMP
一个与可见光区有微弱相互作用的暗物质（DM）可以通过与弱相互作用大质量粒子（WIMP）的实质性相互作用而热化。此类DM候选物被分类为假TIMP（pTIMP）。pFIMP可以通过WIMP环提供直接和间接搜索前景。这项工作的重点是这些可能性。我们提供了所有这样的一个循环图，涉及标量，费米子和矢量玻色子粒子通过pFIMP可以与标准模型相互作用，假设他们都是通过$\mathbb{Z}_2\otimes \mathbb{Z}_2^{\prime}$对称性稳定。我们阐述了一个模型，其中费米子DM作为WIMP和标量单态作为pFIMP具有可忽略的希格斯门相互作用和通过汤川相互作用的大量转换。我们详细研究了pFIMP在模型的残余密度允许区域内的环诱导直接和间接搜索前景。
2022-12-30 hep-ph
Top partners tackling vector dark matter
本文在回路水平上讨论了一个简单的暗物质模型中的WIMP-核子散射截面及其对最新直接探测实验的约束。我们考虑一个新兴的矢量暗物质场的情况下，相互作用的标准模型夸克，通过循环的贡献，是从一个标量调解源。所涉及的暗物质-介质质量的参数空间受到氙1 T极限和中微子底的约束。当前的直接探测边界是通过调用复合希格斯模型中的顶级伙伴来规避的，其尺度质量有助于我们抑制WIMP-核子截面。
2020-11-20 hep-ph
Constraints on Bosonic Dark Matter with Low Threshold Germanium Detector at Kuo-Sheng Reactor Neutrino Laboratory
本文报道了在国胜核电站的TEXONO实验中，利用$n$型点接触锗探测器314.15 kg/d的数据，对赝标和矢量玻色超弱相互作用大质量粒子（super-WIMP）的搜索结果。超级WIMP被吸收并在检测器中沉积总能量，使得实验特征是对应于超级WIMP质量的光谱峰。测量的数据与背景模型是兼容的，并没有观察到显着过量的超级WIMP信号。我们推导出新的上限耦合的电子与赝标量和矢量玻色子超弱相互作用粒子在sub-keV质量区域，假设他们是占主导地位的贡献，我们的星系的暗物质密度。
2019-01-17 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Searching for super-WIMPs in leptonic heavy meson decays
研究了轻子衰变$m_X \sim \mathcal{O}(1 - 100)$中玻色超弱相互作用粒子（super-WIMP）暗物质（DM）模型的约束条件，其中$M=B^\pm, D^\pm, D_s^\pm$是重介子态.我们专注于两种情况下，$X$表示轻赝标量（类轴子），或轻矢量状态，耦合到标准模型（SM）通过动力学混合。我们注意到，对于一个小的DM质量，这些衰变是分别敏感的DM耦合到夸克，但不是它的质量。
2012-01-04 hep-ex hep-ph
Can WIMP Spin Dependent Couplings explain DAMA data, in light of Null Results from Other Experiments?
我们检查是否年度调制发现的DAMA暗物质实验可以解释弱相互作用大质量粒子（WIMPs），根据新的零结果从其他实验。CDMS II已经排除了大多数WIMP-核自旋独立耦合作为DAMA数据的解释。因此，我们在这里专注于自旋依赖（轴向矢量; SD）耦合的WIMP核。我们扩大了以前的工作，（i）考虑耦合到质子和中子的一般情况下，（ii）纳入所有现有的实验的界限。我们注意到令人惊讶的事实，CMDS II的地方最强的边界上的WIMP-中子截面，并表明，SD WIMP-中子散射单独被排除在外。我们还表明，SD WIMP质子散射仅允许WIMP质量在5-13 GeV的范围内。对于一般的情况下，耦合到质子和中子，我们发现，对于WIMP质量高于13 GeV和低于5 GeV，有没有区域的参数空间是兼容的DAMA和所有其他实验。在（5-13）GeV范围内，我们找到了参数空间的可接受区域，包括WIMP-中子耦合与WIMP-质子耦合相当的区域。
2005-01-14 astro-ph hep-ph
How to save the WIMP: global analysis of a dark matter model with two s-channel mediators
一个可靠的比较不同的暗物质（DM）搜索需要模型，满足一定的一致性要求，如规范不变性和微扰么正性。作为一个很好的动机的例子，我们研究两个中介DM（2 MDM）。该模型基于自发破缺的$U(1)'$规范对称性，包含一个Majorana DM粒子以及两个$s$ -通道介体，一个矢量（$Z'$）和一个标量（暗希格斯玻色子）。我们执行一个全球性的扫描模型的参数，假设DM遗迹密度是通过在早期宇宙中的热冻结，并施加一个大的约束：直接和间接DM搜索，单喷流，双喷流和双轻子搜索在对撞机，希格斯观测，电弱精度测试和微扰么正性。我们的结论是，热DM只允许接近一个$s$通道共振或如果至少有一个调解人是轻于DM颗粒。在这些情况下，可以获得热DM丰度，尽管DM与标准模型的耦合很小。有趣的是，我们发现，矢量介导的DM-核子散射导致相关的限制，尽管速度抑制的截面，和间接检测可以是重要的，如果DM湮灭到两个介质是运动学允许的。
2016-09-26 astro-ph.CO hep-ph
Study of WIMP annihilations into a pair of on-shell scalar mediators
在这篇文章中，我们专注于一个新的标量$ϕ$介导的标量/矢量WIMP（弱相互作用的大质量粒子），$ϕ$的质量略低于WIMP的质量。为了解释银河系中心1 - 3 GeV的伽马射线过剩，这里我们考虑的情况下，一个WIMP对主要湮灭成壳层上的$ϕϕ$对与$ϕ$主要衰减到$τ\barτ$。WIMPs的质量在14 - 22 GeV之间，并且WIMPs的湮灭在相空间中被抑制。在这个湮灭方案中，$ϕ$ -标准模型（SM）粒子的耦合几乎是任意小的，并且WIMP-核自旋无关散射可以被现有的暗物质（DM）直接探测所容忍。介绍了一种标量介体-Higgs场混合，它体积小，实用性强。导出了早期宇宙中热平衡对$ϕ$ -SM粒子耦合的下限约束，该约束在直接探测标量DM的中微子本底之上。在未来几年内，在升级后的DM直接探测实验中可能探测到WIMP，而在未来的高亮度$e^+ e^-$对撞机上可能观测到奇异衰变$h \rightarrow ϕϕ$和$ϕ$的产生。
2016-11-07 astro-ph.CO hep-ph
The FIMP-WIMP dark matter in the extended singlet scalar model
我们探索最简单可行的暗物质模型与一个真正的单重标量，矢量类单重态和二重态费米子。与费米子扇区相关联的汤川耦合对通过冻结机制获得电流遗迹密度起着至关重要的作用。我们讨论了最近的μ子异常磁矩实验数据和遗迹密度的约束。我们还进行了对撞机分析的FIMP暗物质的背景下，14 TeV的LHC实验与MATHUSLA 100/200探测器。我们的分析表明，在14 TeV大型强子对撞机上，使用积分亮度$\mathcal{L}=10^6 ~{\rm fb^{-1}}$可以获得足够的重电荷费米子轨道事件$>3$。
2022-01-24 hep-ph
Probing Bottom-flavored Scalar Dark Matters at Loop Level
本文考虑了底夸克味标量型暗物质模型中自旋无关的WIMP-核子散射截面的圈修正。我们关注两种情况：（a）以标量粒子为媒介的复标量暗物质;（b）以矢量玻色子为媒介的实标量暗物质。在这两种情况下，直接检测截面是自旋相关的或运动学禁止在树级。计算了由WIMP胶子有效算符、标量型WIMP夸克有效算符和扭曲2有效算符引起的修正。数值结果表明，在两种情况下，环诱导的自旋无关WIMP-核子散射截面都相当可观。
2020-11-27 hep-ph
Two-loop Dirac neutrino mass and WIMP dark matter
我们提出了一个“暗生”机制，小中微子质量和宇宙学暗物质。中微子是狄拉克费米子，其质量只在负责暗物质的扇区中以两圈顺序出现。两个三重对称性保证了暗物质的稳定性和高阶轻子数的严格守恒。一个整体自发破缺的U（1）对称性导致了一个物理$Diracon$，它诱导了不可见的希格斯衰变，这些衰变加起来就形成了希格斯到暗物质的模式。这增强了对$m_h/2$以下自旋无关WIMP暗物质搜索的灵敏度。
2016-09-20 hep-ph hep-th
Dark matter production in the early Universe: beyond the thermal WIMP paradigm
LHC对新物理的搜索越来越严格，加上在暗物质搜索中缺乏令人信服的弱相互作用大质量粒子（WIMP）信号，这些都严格限制了许多将热产生的WIMP作为冷暗物质的标准范例的实现。在这篇文章中，我们更一般地审查热和非热产生的暗物质（DM）。人们可以将DM模型分为两大类：一类涉及玻色子相干运动（bosonic coherent motion，WIMP），另一类涉及WIMP。WIMP和WIMP候选者分别需要一些近似的全局对称性和几乎精确的离散对称性。超对称轴子模型是高度动机，因为他们出现了令人信服的和优雅的解决方案的两个微调问题的标准模型：强CP问题和规范层次问题。我们在这里审查非热文物的一般设置，但我们也特别注意到丰富的宇宙学性质的各个方面的混合超对称性/轴子暗物质候选人，可以涉及两个弱相互作用大质量粒子和中微子在交织的方式。我们还简要回顾了一整套替代热和非热DM候选人。
2014-11-02 astro-ph.CO hep-ph
Asymmetric WIMP dark matter
在现有的具有全局对称性的暗物质模型中，暗物质的残余丰度要么等于反暗物质（热WIMP）的残余丰度，要么大得多，基本上没有剩余的反暗物质（非对称暗物质）。通过探索耦合的暗物质和反暗物质玻尔兹曼方程的原始不对称性的后果，我们发现在这两个极端之间插值的参数空间的大区域。有趣的是，这种新的非对称WIMP框架可以容纳广泛的暗物质质量和湮灭截面。现今的暗物质数量通常是不对称的，但这种不对称性很弱，以至于暗物质湮灭的间接信号没有被完全抑制。我们将我们的结果应用于现有模型，并指出即将到来的直接检测实验将限制相关参数空间的大范围。
2011-08-03 astro-ph.CO hep-ph
LUX likelihood and limits on spin-independent and spin-dependent WIMP couplings with LUXCalc
我们提出了LUXCalc，一个新的实用程序计算似然性和推导WIMP核子耦合限制的LUX直接搜索暗物质实验的最新结果。在简单回顾了WIMP-核子散射之后，我们在相关天体物理参数的标准假设下，推导出了在宽范围的WIMP质量上自旋相关的WIMP-核子耦合的LUX极限。我们发现，在这些和其他常见的假设下，LUX排除了整个自旋相关的参数空间符合DAMA的异常信号的暗物质解释，第一次一个单一的实验已经能够做到这一点。我们还重新审视自旋独立耦合的情况下，并证明我们的结果和公布的LUX结果之间的良好协议。最后，我们推导出一个有效的暗物质理论，其中自旋1介质相互作用的费米WIMP和标准模型费米子通过轴向矢量耦合的参数上的限制。一个详细的附录描述了使用LUXCalc与标准代码放置一般的暗物质理论的约束。
2015-05-12 astro-ph.IM hep-ph physics.data-an
WIMP miracle of the second kind
我们研究暗物质生产的情况下，一个规模不变的隐藏部门通过希格斯门$λΦ^\daggerΦs^2$与标准模型的自由度相互作用。如果隐藏扇区与SM的耦合非常弱，但在其自身的粒子种类内表现出强相互作用，则隐藏扇区中发生的暗冻结可能会导致暗物质丰度增加。由于尺度不变性，在隐藏的扇区中的自由参数的确定和暗物质候选人表现出“第二类WIMP奇迹”。演示的预测能力的尺度不变性，我们进行了彻底的分析暗物质生产在几个基准的情况下，隐藏的部门包含标量，费米子（无菌中微子），或矢量暗物质，并讨论这些情况下的观测后果。
2017-06-20 astro-ph.CO hep-ph
Constraining Mixed Dark-Matter Scenarios of WIMPs and Primordial Black Holes from CMB and 21-cm observations
我们考虑的暗物质（DM）的方案组成的混合物的WIMP和PBH和研究有多少比例的总DM可以PBH。在这种情况下，PBH可以吸积的WIMP，从而增强加热和电离的星系际介质由于WIMP湮灭。我们表明，CMB数据可以给严格的界限上允许的PBH分数是可比的，甚至比那些从伽马射线数据依赖于DM质量更紧。例如，MCMC似然分析使用普朗克CMB数据导致绑定PBH DM分数相对于总的暗物质$f_{\rm PBH} \lesssim {\cal O}( 10^{-10}\sim 10^{-8})$的WIMP质量$m_χ\sim {\cal O}(10\sim 10^3)$ GeV与传统的DM湮灭截面$\langle σv \rangle=3 \times 10^{-26}~\rm cm^3/s $。我们还研究了全球21厘米信号测量的可行性，以提供严格的限制PBH分数。
2021-06-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Two-component WIMP $-$ FIMP dark matter
本文提出一个同时包含矢量 WIMP 和费米子 FIMP 的双组分暗物质模型，以解释中微子质量与暗物质丰度，并研究其产生机制、实验约束、一阶相变引力波信号及电弱重子生成的可能性。
2023-09-21 hep-ph
Limitations of Freeze-in WIMP Dark Matter from Supercooled Phase Transitions
本文系统考察过冷一阶相变触发 WIMP 冻结的单组分暗物质模型，发现除既有标量模型外均不满足 T2 >> T1，从而限制最小模型构建。
2025-07-23 hep-ph
Revisiting the direct detection of dark matter in simplified models
在这项工作中，我们数值重新检查环诱导的WIMP-核子散射截面的简化的暗物质模型和最新的直接探测实验的约束设置。我们考虑一个费米子，标量或矢量暗物质组件从五个简化模型与疏轻子自旋0介质耦合的标准模型夸克和暗物质粒子。这些模型中的树能级WIMP-核子截面都是动量抑制的。我们从圈图中计算了非抑制的自旋无关的WIMP-核子截面，并利用Xenon 1 T研究了暗物质质量和介质质量的约束空间。间接探测和对撞机搜索的限制也进行了讨论。
2018-06-23 hep-ph
Impact of COHERENT measurements, cross section uncertainties and new interactions on the neutrino floor
我们重新考虑的发现限制的多吨直接检测暗物质实验的光的相干弹性中微子核散射过程的最新测量。假设截面是完全由数据确定的参数，而不是使用其标准模型预测，我们使用相干CsI和LAr数据集来确定WIMP发现极限。基于数据驱动的方法，因此，结果不受理论假设的影响，并且落在XENONNT和DARWIN具有最佳预期灵敏度的WIMP质量区域内。我们进一步确定了次主导核形状因子和弱混合角不确定性对WIMP发现极限的影响。我们指出，这些影响虽然很小，但应予以考虑。此外，为了量化中微子背景中新物理效应的影响，我们重新审视了WIMP发现极限，假设光矢量和标量介质以及中微子磁矩/跃迁。我们强调，在中微子部门的新的相互作用的存在下，在一般情况下，倾向于恶化的WIMP发现限制。
2022-01-27 hep-ph
PandaX-II Constraints on Spin-Dependent WIMP-Nucleon Effective Interactions
我们目前的PandaX-II候选WIMP核子有效的相互作用，涉及核子或WIMP自旋，包括，除了标准的轴向自旋相关（SD）散射，矢量和轴向电流，磁和电偶极矩之间的各种耦合，张量相互作用的约束。重新分析了与54吨天总暴露量相对应的数据集，以确定作为WIMP质量和Isospin耦合函数的约束条件。我们得到了$\rm 1.6 \times 10^{-41} cm^2$和$\rm 9.0 \times 10^{-42} cm^2$（$90\%$ c.l.）对于质量为$M_\mathrm{WIMP} \sim {\rm 40~GeV}/c^2$的仅中子SD和张量耦合。SD限值是$M_\mathrm{WIMP} > {\rm 40~GeV}/c^2$当前可用的最佳限值。我们表明，PandaX-II已经达到了足够的灵敏度，以探测各种其他候选人的自旋相关的相互作用在弱尺度。
2019-04-01 hep-ex hep-ph
Planck Scale Origin of Non-zero $θ_{13}$ and Super-WIMP Dark Matter
我们研究了中微子质量和暗物质的离散味对称的情况下，这种全球离散对称性可以明确地打破在普朗克尺度，可能是引力效应。这种离散对称性的明确破缺模拟了模型中普朗克抑制的算子，这对中微子和暗物质扇区可能产生重要的影响。特别地，我们研究了一个味对称模型，在重整化水平上，产生了三双峰型中微子混合与消失的反应堆混合角$θ_{13}=0$，一个稳定的惰性标量二重态行为像一个弱相互作用的大质量粒子（WIMP）和一个稳定的单线态惰性费米子，不与任何其他粒子相互作用。普朗克抑制算子的引入明确打破了离散对称性，可以产生与中微子数据一致的非零$θ_{13}$，也打开了惰性标量二重态到单重态中性惰性费米子的衰变通道，从而实现了超WIMP暗物质场景。我们表明，正确的中微子现象可以在这个模型中得到，同时讨论三个不同的实现的超级WIMP暗物质的情况。
2019-09-03 astro-ph.CO hep-ph
Beyond the Veil: Charting WIMP Territories at the Neutrino Floor
本文为终极暗物质直接探测实验建立WIMP理论基准，系统分析热冻结与冻结产生机制及非标准宇宙学对可探测参数空间的影响，为逼近中微子地板的下一代实验提供路线图。
2025-07-22 hep-ph
WIMP Dark Matter and Neutrino Mass from Peccei-Quinn Symmetry
Peccei-Quinn反常的整体U（1）_{PQ}对称性不仅对解决具有宇宙学相关轴子的强CP问题很重要，而且它可能是剩余Z_2对称性的起源。这种新的对称性可能是暗物质的第二个组成部分，它由绝对稳定的弱相互作用大质量粒子组成，也是产生辐射中微子质量的原因。提出了这一思想的两个具体实现。在这些情况下，暗物质检测保证在现有的直接检测实验或轴子搜索。在大型强子对撞机的观测信号进行了讨论。
2013-12-17 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
A global fit of the $γ$-ray galactic center excess within the scalar singlet Higgs portal model
我们分析了过量的$γ$ -射线发射从我们的星系中心观察费米-LAT的暗物质湮灭在标量希格斯门模型。特别是，我们包括天体物理的不确定性从暗物质分布，并允许未指定的额外的暗物质组件。我们证明，通过详细的数值拟合的强度和形状的$γ$ -射线光谱确实可以描述的模型在各个地区的暗物质质量和耦合。来自看不见的希格斯衰变、直接暗物质搜索、在矮星系和$γ$射线中的间接搜索的约束，以及来自暗物质遗迹密度的约束，将参数空间减少到希格斯共振附近的暗物质质量。我们发现两个可行的区域：一个是希格斯-暗物质耦合是${\cal O}(10^{-2})$，在我们模型的标量WIMP之外有一个额外的暗物质成分是优选的，另一个是希格斯-暗物质耦合可能明显较小的区域，但是标量WIMP构成了暗物质的很大一部分甚至全部。这两个可行的区域在未来的直接探测和对撞机实验中很难探测。
2016-06-23 astro-ph.HE hep-ph
Analysis strategies for general spin-independent WIMP-nucleus scattering
我们提出了一个形式主义的直接检测暗物质搜索，涵盖所有的标量和矢量相互作用的相干响应的分析，并结合QCD的手征对称性的约束，包括所有的一个和两个身体的WIMP核子相互作用高达三阶手征有效场论。WIMP核截面中的自由参数之一对应于标准的自旋无关搜索，但在一般情况下，新物理耦合的不同组合进行了探测。我们确定的标准自旋独立的响应和两体电流的主要修正主导的自旋独立的结构因子的等矢量对应的干扰，并讨论了直接检测实验的解释的一般后果，包括最小限度的扩展标准的自旋独立的分析。氙靶散射所需的所有结构因子的拟合基于最先进的核壳模型计算。
2016-08-08 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Dark Matter 2014
本文对2014年底暗物质的实验搜索状况进行了概述。主要重点是使用基于地下的低背景探测器直接搜索弱相互作用大质量粒子（WIMP），特别是2014年发表的新结果。WIMP是优秀的暗物质候选者，被粒子物理学的标准模型之外的许多理论预测，并且预计通过自旋无关（标量）或自旋相关（轴矢量）耦合与目标核相互作用。非WIMP暗物质的候选者，特别是轴子和类轴子粒子也简要讨论。
2015-01-06 astro-ph.CO hep-ph physics.ins-det
Bosonic super-WIMPs as keV-scale dark matter
我们认为轻超弱相互作用的冷暗物质的模型，与O（10-100）千电子伏的质量，专注于玻色子候选人，如pseudoscarars和矢量。我们分析了宇宙丰度，粒子衰变产生的伽马背景，由于冷却对恒星过程的影响，以及直接检测能力，以确定通过所有约束的模型类别。在某些模型中，暗物质在直接探测实验中的光电（或轴电）吸收变体可以提供对标准模型超弱耦合的灵敏度，这优于所有现有的间接约束。在所研究的所有模式中，直接探测信号的年调制处于目前不可观测的O（10^{-5}）水平。
2008-11-04 astro-ph hep-ph
Low Mass WIMP Searches with a Neutrino Experiment: A Proposal for Further MiniBooNE Running
一项提交给FNAL PAC的建议描述了在MiniBooNE寻找轻亚GeV WIMP暗物质。引导光束通过目标并进入吸收体的可能性导致中微子背景的显着减少，从而允许在检测器中灵敏地搜索WIMP从核子或电子的弹性散射。涉及矢量介质的暗物质模型可以在与所需的热遗迹密度一致的参数区域中进行探测，并且该参数区域与这些模型可以解决μ子g-2差异的区域重叠。估计信号的显着性提出了各种操作模式和参数点。将MiniBooNE应用于轻WIMP搜索的实验方法也可能适用于其他中微子设施。
2012-11-09 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
The Elusive Muonic WIMP
弱相互作用大质量粒子（WIMP）范式是暗物质（DM）理论最流行的场景之一，但受到强烈的限制，特别是直接探测实验。我们坚持WIMP假设，并考虑一个狄拉克费米子候选DM通过自旋1 $Z'$与标准模型（SM）相互作用，产生于阿贝尔$U(1)'_μ$规范对称性的自发破缺，在这种对称下，只有第二代轻子和DM是适当带电的。由于电荷分配，该模型是规范反常的，只能解释为低能的有效场论（EFT）。$Z'$在树水平上只与矢量DM流、轴向μ子流和左手μ子中微子耦合，因此WIMP-核子截面超出了自旋无关（SI）直接探测的实验范围.我们研究了目前的界限，这个模型来自直接和间接检测DM，对撞机搜索，贡献$(g-2)_μ$和中微子三叉戟生产。我们发现，参数空间的大区域仍有待探索。在LHC搜索的背景下，我们研究了一个μ子独占的信号区域的$3μ$ + ${E}^{\rm miss}_T$通道的影响与不变的质量窗口周围$m_{Z'}$。我们表明，这种搜索可以显着提高目前的碰撞边界。最后，从我们的EFT的反常性质来看，在低能量下$Z'$和电弱SM规范玻色子之间仍然存在摩擦玻色子反常相互作用。我们探索探测这些相互作用的可能性在大型强子对撞机和100 TeV的质子对撞机发现它极具挑战性。另一方面，对于μ子对撞机的共振通道$μ^{+}μ^{-}\to Z'\to ZZ$可以发现在最有希望的方案与亮度的$\mathcal{O}…
2022-10-21 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Indirect detection, direct detection, and collider detection cross-sections for a 70 GeV dark matter WIMP
假设一个暗物质分数$Ω_{DM} = 0.27$和一个约化的哈勃常数$h = 0.73$，我们得到一个值为70 GeV/c $^2$的质量的暗物质WIMP，我们以前提出的。我们还得到了一个值的湮灭截面给出的$\langle σ_{ann} v \rangle = 1.19 \times 10^{-26} $厘米$^3$ /s在目前的宇宙中，符合目前的限制矮球状星系。质量和横截面都与费米-LAT观测到的银河系中心伽马射线和AMS-02观测到的反质子的分析一致，如果这些数据被解释为暗物质湮灭的结果。在基于Xe的实验中直接探测的自旋无关截面估计略高于$10^{-48}$ cm $^2$，大概刚好在LZ和XENONNT实验的范围内，需要$\gtrsim 1000$天的数据采集。通过矢量玻色子聚变产生高能质子碰撞的截面估计为$\sim 1$ femtobarn，可能在高光度LHC的范围内，伴随着两个喷流，丢失了$\ge 140$ GeV的能量。
2022-10-08 hep-ph
CMB and 21cm bounds on early structure formation boosted by primordial black hole entropy fluctuations
除了传统的弱相互作用大质量粒子（WIMPs）之外，暗物质（DM）还可以由原始黑洞（PBH）组成。PBH数密度的泊松涨落产生的等曲率扰动可以在小尺度下支配物质功率谱，促进早期结构的形成。我们研究了这些早期形成的结构的WIMP湮灭如何影响CMB（特别是E模偏振各向异性和$y$型光谱失真）和全球21厘米信号。我们的研究将是特别感兴趣的轻（亚GeV）弱相互作用的情况下，已较少探索相比，混合DM方案组成的PBH和重（$\gtrsim 1$ GeV）弱相互作用。例如，对于自湮灭DM质量$m_χ=1$ MeV和热平均湮灭截面$\langle σv \rangle \sim 10^{-30} \rm cm^3/s$，最新的普朗克CMB数据要求PBH相对于整个DM的分数对于亚太阳质量的PBH最多为${\cal O}(10^{-3})$，并且可以从全球21 cm测量中获得更紧密的边界（通过因子$\sim 5$）。
2021-08-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Spin-Dependent Weakly-Interacting-Massive-Particle--Nucleon Cross Section Limits from First Data of PandaX-II Experiment
PandaX-II实验的自旋相关的WIMP核子相互作用的新的约束条件，使用的数据集对应于3.3 $\times10^4$千克-天的总曝光。假设一个标准的轴向矢量自旋相关的WIMP与$^{129}$和$^{131}$的核相互作用，在所有的暗物质直接探测实验中设置的最严格的上限的WIMP与质量超过10 GeV/c $^{2}$的WIMP中子截面。当WIMP质量为40 GeV/c $^{2}$时，在90%的置信水平下，得到了$4.1\times 10^{-41}$ cm $^2$的最小上限。这表示在该质量和更高质量下，最佳可用极限的改进超过两倍。这些改进的横截面限制提供了更严格的约束有效的WIMP质子和WIMP中子耦合。
2017-02-15 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Study of a WIMP dark matter model with the updated results of CDMS II
CDMS II的新观测结果支持低质量WIMP。以CDMS II的新结果为输入，我们考虑一个SM单线态：暗子作为暗物质的候选者，它可以是标量，费米子或矢量。结果发现，最简单的DM+SM方案与LHC数据的严格约束相冲突。新的物理超越SM是必要的，在这项工作中，我们讨论了一个扩展的标准模型$SU_L(2)\otimes U_Y(1)\otimes U(1)'$，其中$U(1)'$只耦合到暗子。新的规范对称性破缺为$U_{em}(1)$，得到两个中性玻色子$Z^0$和$Z'$，它们是$W^3_μ,\; B_μ\; X_μ$的混合体.在文献研究的基础上，以CDMS数据为基础，对模型的有效性进行了全面的分析。计算了暗子-核子弹性散射截面，并在扩展方案下计算了暗子残余密度。研究发现，考虑到宇宙学和对撞机实验的限制，只有当$Z'$比$Z^0$轻时，才能与现有的数据相一致.
2014-01-07 hep-ph
Detection prospects for conformally constrained vector-portal dark matter
我们使用标准模型的UV共形U（1）扩展，其动机是层次问题和最近的碰撞机异常。这个模型允许费米矢量门WIMP暗物质在U（1）'规范群下带电。渐近安全边界条件可以用来固定耦合参数，使得观测到的热遗迹丰度可以约束暗物质粒子的质量。这高度限制了参数空间，允许做出强有力的预测。将探讨几种UV共形U（1）'场景的参数空间，并讨论直接和间接探测观测方法的边界和可能的信号。
2016-10-24 astro-ph.HE hep-ph
Triplet fermion WIMP dark matter in the general supersymmetric Georgi-Machacek model
本研究在超对称保管三重态模型（SCTM）框架下，结合暗物质直接探测实验的严格约束，探究三重态费米子WIMP暗物质的可行性，发现该模型仍有大量可行参数空间且将被未来实验全面检验。
2025-07-31 hep-ph
Dark phase transition from WIMP: complementary tests from gravitational waves and colliders
本文研究通过希格斯门户与标准模型连接的最小暗标量-矢量玻色子等离子体，同时实现强一阶相变、可观测引力波和暗物质，并展示对撞机、直接探测与引力波干涉仪的互补检验能力。
2024-02-20 hep-ph
Non-Abelian Vector Boson as FIMP Dark Matter
在这个分析中，我们证明了冻结实现的非阿贝尔矢量玻色子暗物质（DM）。我们选择阐述一个现有的$SU(2)_N$扩展（$N$代表中性）的标准模型（SM）与额外的$U(1)=S^{'}$全球对称性，稳定的矢量玻色子（$X,\bar{X}$）DM通过完整的$S=T_{3N}+S^{'}$和最轻的奇数$S$粒子。分析表明，即使在与热浴平衡的$ζ_1^{0,\pm}$冻出之后，来自较重标量双重态$ζ_1^{0,\pm} \to ζ_2^{0,\pm}X$的衰变对DM的冻入产生的贡献也是重要的。此外，中性成分的$SU(2)_N$标量三重态（$Δ$），负责中微子质量的产生在这个框架中，原来作为额外的DM模型，并提供了一个多组分冻结DM设置探索。通过对CMB、BBN和AMS-02界的约束估计，得到了允许的参数空间。这项工作很好地补充了冻结实现（$X,\bar{X}$）作为弱相互作用的大质量粒子（WIMP），并区分它通过稳定的电荷轨道签名在对撞机相比，轻子信号过剩，在WIMP的情况下发现。
2020-01-21 hep-ph
Consequences of statistical sense determination for WIMP directional detection
我们研究了有限的反冲感重建的后果，拒绝各向同性和检测WIMP信号使用定向检测器所需的事件数。对于一个恒定的概率确定的意义上正确的，3-D读出和零背景，我们发现，作为概率从1.0到0.75减少的事件的数量需要拒绝各向同性使用的平均角度统计增加了几个因素。随着概率进一步降低，使用该统计所需的事件数量急剧增加，并且事实上，通过丢弃感测信息并使用轴向统计，可以更容易地拒绝各向同性。然而，这需要比具有完美感测确定的矢量数据多一个数量级的事件。我们还考虑了正确测量感测、2-d读出和非零背景的能量依赖概率。我们的主要结论是，正确地确定丰富的，但各向异性较小，低能量反冲的意义是最重要的，最大限度地减少所需的事件数量。
2007-12-14 astro-ph hep-ex hep-ph
A dark matter WIMP that can be detected and definitively identified with currently planned experiments
最近提出的暗物质WIMP只有二阶耦合来衡量玻色子和它本身。因此，它具有较小的湮灭、散射和创造截面，因此与当前所有实验和观测到的暗物质丰度一致。然而，这些横截面仍然足够大，以便在计划在不久的将来进行的实验中进行检测，并在较长时间尺度上提出的实验中进行明确的识别。湮灭的（多通道）截面与早期宇宙中的热产生和冻结相一致，并且与费米-LAT的伽马射线和AMS-02的反质子观测分析中的暗物质湮灭的现有证据以及普朗克和费米-LAT的约束相一致。通过与氙原子核碰撞进行直接探测的截面估计略低于$10^{-47}$ cm $^2$，这应该可以通过LZ和氙nT实现，并且在达尔文的范围内。通过矢量玻色子融合进行对撞机探测的截面估计为$\sim 1$ fb，并且最终可能通过高亮度LHC实现;最终的对撞机识别可能需要现在提出的更强大的设施。
2021-07-30 hep-ph
Looking for the WIMP Next Door
我们全面研究了一类最小隐藏扇区暗物质（DM）模型的实验约束和前景，突出了这些模型的宇宙学历史如何通知实验信号。我们研究简单的“隔离”模型，其中DM冻结成不稳定的暗介质状态，并考虑这个黑暗的部门，其中耦合的暗介质的SM足以保持两个部门在早期的热平衡宇宙历史最小。在动机良好的情况下，暗介质耦合到标准模型（SM）通过重正化的相互作用，热平衡的要求提供了一个最小的，紫外线不敏感，和预测宇宙学隐藏的部门暗物质。我们呼吁DM冻结出一个黑暗的辐射浴在热平衡与SM的WIMP隔壁，并证明，这样的WIMP隔壁的参数空间是明确定义的，有界的，在很大程度上潜在的访问。这个参数空间，以及相应的信号，取决于SM和暗介质之间的主导相互作用，我们建立了希格斯粒子和矢量门户相互作用。特别是，有一个宇宙学下限的门户耦合强度必要热化的两个部门在早期宇宙。我们确定这个热化地板作为平衡温度的函数的第一次。我们表明，直接检测实验目前正在探索这个宇宙学的下限在某些地区的参数空间，而间接检测信号和地面搜索的调解人进一步切入可行的参数空间。我们目前的直接检测和暗介质搜索的兴趣区域，包括动机的参数空间的直接检测亚GeV DM。
2017-12-11 hep-ph
Limits on spin-dependent WIMP-nucleon cross sections from 225 live days of XENON100 data
我们提出了新的实验约束的弹性，自旋相关的WIMP-核子截面使用最近的数据从XENON 100实验，在意大利的Gran Sasso的实验室Nazionali。对2011年和2012年期间获得的224.6个存活日x 34千克暴露量的分析表明，轴向矢量WIMP与129-Xe和131-Xe核的相互作用没有产生多余的信号。这就导致了WIMP-中子截面在质量大于6 GeV时的最严格上限，在90%的置信水平下，WIMP质量为45 GeV时的最小截面为3.5 x 10^{-40} cm ^2。
2013-01-29 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
Decaying WIMP dark matter for AMS-02 cosmic positron excess
为了解释最近报道的AMS-02宇宙正电子过剩现象，我们考虑了热产生的暗物质（DM）衰变为标准模型（SM）轻子的情形，其衰变速率极小，为\sim 10^{-26}秒。{-1}。由于所需的DM质量相对较重（700 GeV < m_{DM} < 3000 GeV），我们引入了除最轻超对称粒子（“LSP”）之外的另一个DM分量。为了使新DM具有Meta稳定性和湮没于其它粒子，除了R宇称外，还应该有另一种Z_2对称性。由于新的Z_2对称性，新DM与SM粒子的可重整化耦合不会使新DM不稳定，而这是新DM在早期宇宙中热化所必需的。由于新的DM是热产生的，它自然可以解释宇宙目前的能量密度。在TeV尺度下新的对称性破缺后，新的DM只能通过由超重平方质量参数抑制的不可重整化算符衰变为SM轻子（和LSP）。我们在一个“规范矢量类轻子”模型中实现了这种情况，这个模型是最近为了希格斯玻色子的自然性而提出的。
2013-07-24 hep-ph
Tiny yet detectable WIMP-nucleon scattering cross sections in a pseudo-Nambu-Goldstone dark matter model
本文研究基于 $SU(2)_x$ 和 $SU(2)_g$ 对称性的赝南部-戈德斯通暗物质模型，提出 pNG 暗物质与 $V^0$ 或 $a_0$ 构成双组分暗物质场景，证明其有效 WIMP-核子散射截面低于当前实验上限且高于中微子雾，从而可被未来探测。
2024-11-24 astro-ph.CO hep-ph
The third-generation-philic WIMP: an EFT analysis
本文在有效场论框架下研究主要耦合第三代费米子的费米子和标量暗物质，发现直接探测约束比味普适耦合弱一个数量级以上，并预言1-2 TeV费米子暗物质区域将被未来实验完全探测，同时指出引入矢量媒介子可恢复更多参数空间。
2025-05-07 hep-ph hep-th
Search for Bosonic Super-WIMP Interactions with the XENON100 Experiment
我们目前的矢量和赝标量玻色超弱相互作用粒子，这是暗物质候选人的质量在千电子伏的规模，与氙100实验的搜索结果。XENON 100是一个双相氙时间投影室，在Gran Sasso国家实验室运行。对暴露量为224.6存活天数$\times$ 34\，kg的数据进行的特征似然分析显示，没有证据表明信号高于预期背景。因此，我们获得了新的和严格的上限$(8-125)$ \，keV/$^2$质量范围内，不包括耦合到电子的耦合常数为$g_{ae} > 3\times10^{-13}$的赝标量和$α'/α> 2\times10^{-28}$的矢量超WIMP，分别。这些极限是在假设超级WIMP构成了我们银河系中所有的暗物质的前提下得出的。
2017-09-07 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
