Interaction rates in cosmology: heavy particle production and scattering
本文从第一性原理出发，研究了辐射主导的宇宙学中的跃迁率和跃迁截面。我们考虑标量粒子模型来研究散射和重粒子产生的对湮灭，得出更一般的结论。S-矩阵公式不适合在快速膨胀的宇宙学中研究这些无处不在的过程。我们引入了一个物理动机的绝热膨胀，依赖于波长远小于粒子视界在给定的时间。在这种膨胀的主导秩序支配的过渡率和截面。几个重要的和一般的结果是宇宙学红移和有限粒子视界的直接后果：i）局部洛伦兹不变性的破坏，ii）在有限时间冻结出的生产截面，iii）亚阈值生产较重的粒子作为一个结果的不确定性的本地能量从一个有限的粒子视界，一个表现的\emph{antizeno}效果。如果重的暗物质是通过较轻物质的湮灭而产生的，那么阈下产生的暗物质会产生更高的丰度。我们讨论了这些影响的几个可能的后果。
2021-09-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
How Effective is $N_{eff}$ at Discovering Dark Radiation in a Cosmology with Heavy Particle Decay?
本文研究了重粒子衰变如何通过稀释轻粒子能量密度来放宽 $N_{eff}$ 对超出标准模型轻粒子的限制，并以引力子为例，利用当前 $N_{eff}$ 界限对不同再加热温度下的引力子质量与分支比施加了约束。
2023-09-12 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Collider searches and cosmology in the MSSM with heavy scalars
在标准模型的各种超对称扩展中，夸克和轻子的标量伙伴被预测为非常重，超出了下一代对撞机的范围。例如，在超对称中实现电弱重子生成需要新的CP破坏源，只有当第一代和第二代标量费米子超过TeV尺度时，才能自然地与电偶极矩约束相适应。在焦点超对称和分裂超对称中，标量费米子也很重。在这项工作中，与电弱重子生成的场景和在LHC和ILC的焦点区域的现象学进行了研究，这变得具有挑战性，由于存在重标量费米子。对重子生成和暗物质的分析的影响进行了推导。结果发现，精确测量的超伙伴属性允许准确测定的暗物质遗迹密度在这两种情况下，而重要的，但只有不完整的信息的重子生成机制可以得到。
2006-08-22 hep-ph
Hiding an elephant: heavy sterile neutrino with large mixing angle does not contradict cosmology
我们研究了一个keV级的无菌中微子与标准模型部门的一个相对较大的混合模型。物理上的考虑预测了早期宇宙中这种粒子的活跃产生，这导致了总暗物质密度的限制，以及缺乏来自无菌中微子衰变的X射线信号。这些界限加在一起可能会认为在实验室中创造keV级无菌中微子的任何尝试都是不可行的。我们认为，与一个隐藏的部门耦合到不育中微子的模型，这些界限可以逃避，打开新的视角，直接研究中微子实验，如Troitsk $ν$ -质量和KATRIN。我们估计产生不育中微子的情况下，隐藏的部门动态保持不育中微子在早期宇宙中的质量或超重。在这两种情况下，由等离子体中的活性中微子振荡产生的中微子都受到抑制。
2019-04-03 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Superheavy dark matter in $R^2$-cosmology
传统的弗里德曼宇宙学被认为是在张力与存在的稳定粒子具有典型的相互作用强度的超对称性和重于几个TeV。一个可能的方法来挽救这些粒子的生命可能是修改标准宇宙膨胀定律，以这种方式，这些沉重的遗迹的密度将显着降低。我们研究了Starobinsky暴胀模型中标量子不同衰变通道的粒子产生。结果表明，在热化过程中，可以产生具有大统一超对称耦合强度的超重稳定粒子，其密度与观测到的暗物质密度相等。
2020-11-20 astro-ph.CO hep-ph
Aspects of thermal leptogenesis in braneworld cosmology
本文在膜世界宇宙学的高能区研究了热瘦生的机制。在最简单的跷跷板框架内，分级重马约拉纳中微子，我们研究的影响，修改后的弗里德曼方程的实现这一机制。与通常的leptogenesis方案的标准宇宙学，低能量中微子数据有利于一个温和的强冲洗制度相比，我们发现，leptogenesis在膜世界制度是成功地实现了弱冲洗制度。此外，一个准简并轻中微子质谱被发现是与这种情况下兼容。对于一个初始消失的重马约拉纳中微子丰度，膜中的热薄生要求衰变的重马约拉纳中微子质量为M1> 10^10 GeV，基本五维引力标度为10^12 <M5 <10^16 GeV，这对应于从膜到标准宇宙学的转变温度为10^8 <Tt <10^14 GeV。
2005-12-20 hep-ph
Effective field theories: from Cosmology to Quark Gluon Plasma
宇宙学和粒子物理学在试图再现和定量地理解实验发现的结果时遇到了紧密的联系。事实上，在对撞机上发现的夸克-胶子等离子体（QGP）和WMAP合作提供的重子不对称性都是将场论技术应用于宇宙学相关问题的例子。在最简单的轻子创生框架中，重马约拉纳中微子是重子不对称性的起源。非相对论性制度似乎是相关的轻子不对称性产生的粒子之间的相互作用发生在热介质中。我们讨论了非相对论性马约拉纳粒子的有效场论（EFT）的发展，以解决在有限温度下的计算。我们展示了这样的方法的应用程序的情况下，一个沉重的马约拉纳中微子衰变在一个热和稠密的等离子体的标准模型（SM）粒子。这些技术类似于利用硬探针在对撞机上广泛用于重离子碰撞研究的技术。最后，我们简述了Majorana中微子与介质中重夸克束缚态的一些共性。
2014-09-01 hep-ph
Heavy neutrinos in particle physics and cosmology
中微子是粒子物理学的标准模型中唯一一种迄今为止只观察到左手手性的粒子。如果右手中微子存在，它们不仅可以解释观测到的中微子振荡，而且还可以解释宇宙学中的一些现象，包括宇宙的重子不对称性，暗物质和暗辐射。在这种情况下，一个关键的参数是它们的马约拉纳质量，原则上可以位于eV标度和GUT标度之间的任何地方。对实验和宇宙学的影响很大程度上取决于质量尺度的选择。本文综述了不同质量的右手中微子现象学的最新进展，重点讨论了质量至少为keV的情况。我们强调在不久的将来的实验中，如LHC，BELLE II，SHiP，FCC-ee或CEPC，通过低尺度leptogenesis发现重中微子的可能性是宇宙重子不对称性的原因。
2015-10-27 hep-ex 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
Gravitino production in the Randall-Sundrum II braneworld cosmology
膜世界对弗里德曼膨胀定律的修正可能对早期宇宙的宇宙学演化产生重要影响。特别是，原始粒子的丰度在很大程度上取决于宇宙早期膨胀的速率。在这篇文章中，我们研究了稳定和不稳定的引力子的产生，无论是从热创造和从一个重标量的衰变，在兰德尔-Sundrum II膜世界的背景下。我们的结论是，根据5D基本普朗克质量的值，一些通常的标准宇宙学约束的再加热温度和重标量的质量可以逃避。
2007-02-20 hep-ph
Possible manifestation of heavy stable colored particles in cosmology and cosmic rays
我们讨论宇宙学的影响，以及可能的可观测性的大质量，稳定的，有色粒子，经常出现在讨论物理超越标准模型。我们认为，如果它们的质量超过几百GeV，如果他们饱和的晕密度和/或发生与宇宙的闭合密度，他们被排除在目前的WIMP搜索实验以及寻找异常重同位素的普通核。然后，我们评论的可能性，这些粒子以及单极子可能负责的超高能宇宙射线与能量$\geq 10^{20}$ eV，并指出，他们的低非弹性反对这一点。
1997-08-29 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
The topological long range order in QCD. Applications to heavy ion collisions and cosmology
我们认为在重离子碰撞中P不变性的局域破坏是强耦合QCD固有的长程拓扑序的结果。类似的现象也发生在一些拓扑有序的有间隙的凝聚态系统中。我们还讨论了这种长程序在强耦合规范理论中可能的宇宙学应用。特别是，我们认为，德西特行为可能是动态生成的结果的长程序。在这个框架中，暴胀子是一个辅助场，它有效地描述了膨胀宇宙中规范理论中拓扑扇区的动力学，而不是一个新的动力学自由度。
2014-11-10 gr-qc hep-lat hep-ph
Superstring-Inspired Particle Cosmology: Inflation, Neutrino Masses, Leptogenesis, Dark Matter & the SUSY Scale
基于在无标度超引力框架下形成的翻转SU（5）$\times$ U（1）规范群，我们发展了一个粒子宇宙学的弦启发模型。该模型实现了Starobinsky样的通货膨胀，我们假设随后是强大的再加热，与大统一组织的对称性被打破随后由轻'flaton'字段的衰减产生第二阶段的再加热。我们讨论了引力伴子的产生及其衰变对冷暗物质密度的非热贡献，冷暗物质的密度假定由最轻的中性伴子提供。我们还讨论了轻、重中微子的质量和稀薄成因。如前所述[1]，暴胀子、物质和GUT希格斯场之间的超势耦合（称为$λ_6$）起着关键作用。我们扫描了$λ_6$的可能值，探索观测值的可能值之间的相关性。我们强调，在大统一理论过渡期间熵的释放允许大区域的超光速破坏参数空间，否则将导致严重的超密度暗物质。此外，我们发现，大爆炸核合成的$\sim 1$ MeV的再加热温度的下限限制了超对称破坏尺度的范围${\cal O}(10)$ TeV，这是一致的，在LHC的超对称粒子的情况下。
2019-10-25 astro-ph.CO hep-ph
Minimal Leptogenesis in Brane-inspired Cosmology
本文研究了膜启发的非标准多标量场宇宙学如何通过修改玻尔兹曼方程影响暴胀后重加热阶段的热历史，进而改变高能标轻子生成及轻子不对称性的产生。
2022-11-21 hep-ph
Cosmology of Inelastic Self-Interacting Dark Matter: Linear Evolution and Observational Constraints
Key Laboratory of Dark Matter and Space Astronomy, Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院紫金山天文台暗物质与空间天文重点实验室）；School of Astronomy and Space Science, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学天文与空间科学学院）；Department of Strategic and Advanced Interdisciplinary Research, Pengcheng Laboratory（鹏城实验室战略与先进交叉研究部）
研究不稳定性自相互作用暗物质在双组分暗物质领域中的线性宇宙学演化，探讨其对结构形成的影响及观测限制。
2026-11-04 astro-ph.CO hep-ph
Extending preferred axion models via heavy-quark induced early matter domination
本文研究了KSVZ型轴子模型中重夸克引发的早期物质主导阶段，发现其允许高达维度9的有效衰变项，将暗物质轴子质量窗口扩展数个数量级至极低质量，且无需微调初始失准角，为未来轴子haloscope实验提供了理论支持。
2023-10-24 astro-ph.CO hep-ph
Finite T topological Susceptibility with heavy Quarks
本文通过caloron气体近似下计算4夸克与4+1夸克磁化率之比，结合小质量和大质量展开及Padé逼近，估计底夸克对QCD拓扑磁化率的影响，以服务于轴子宇宙学。
2025-11-05 hep-ph
A seesaw model for large neutrino masses in concordance with cosmology
本研究提出一种紫外完备的跷跷板模型，通过引入暗辐射降低活性中微子数密度以放宽宇宙学质量约束，可容纳约1eV的活性中微子质量，其规范版本能标在10MeV到几GeV间。
2024-06-21 astro-ph.CO hep-ph
Quantum Cosmology and the Evolution of Inflationary Spectra
我们说明它是如何可能计算的光谱上的原始标量/张量扰动的量子引力效应从规范的，惠勒-德威特，量子宇宙学的方法。复合物质引力系统是通过波恩-奥本海默方法分析的，其中引力与重自由度和物质（这里用标量场表示）与轻自由度相关联。一旦确定了独立的自由度，系统就被正则量化。然后得到了控制原始光谱动力学的微分方程及其量子引力修正，并将其应用于不同的暴胀演化。最后，分析结果进行了比较，通过蒙特卡洛马尔可夫链技术和估计的自由参数，我们的方法最后得到的结果与以前的比较。
2016-09-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Global Constraints on a Heavy Neutrino
我们估计存在的一个沉重的，主要是无菌中微子的质量在10 eV和1 TeV之间的限制。我们改进了以前的分析，通过执行一个全球性的组合和扩大的实验输入，同时包括轻子的普适性，轻子味违反过程，电弱精密数据，偶极矩，和中微子双β衰变的测试。假设重中微子及其衰变产物是不可见的检测，我们进一步包括，在一个自洽的方式，从直接运动学搜索的约束，μ子衰变的运动学，宇宙学和中微子振荡，以估计$|U_{e4}|^2$，$|U_{\mu4}|^2$，和$|U_{\tau4}|^2$的值上的约束。
2016-02-12 hep-ph
Complementarity of Neutrinoless Double Beta Decay and Cosmology
无中微子双β衰变实验限制了中微子参数的一种组合，而宇宙测量则限制了另一种组合。这种互补性开启了一系列令人兴奋的可能性。如果中微子是马约拉纳粒子，并且中微子质量遵循倒置的层次结构，那么即将进行的两组实验都将检测到信号。结合的约束不仅将确定中微子的质量，而且还将约束马约拉纳相之一。如果这个层次是正常的，那么下一代的实验不太可能探测到β衰变，但是宇宙巡天可以限制质量的总和相对较重，从而产生一个无中微子双β衰变率的下限，因此是下一代β衰变实验的论据。在这种情况下，相位的组合也将受到约束。
2014-03-20 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
Dissipative Dark Cosmology: From Early Matter Dominance to Delayed Compact Objects
本文提出一种通过耗散性暗区产生暗致密天体和黑洞的新机制：重暗粒子在BBN前主导宇宙并形成原初暗晕，热相变后恢复标准宇宙学，暗晕延迟坍缩形成碎片化暗致密天体和亚太阳质量原初黑洞，可占暗物质相当比例。
2024-08-28 astro-ph.CO hep-ph
Cosmology and prospects for sub-MeV dark matter in electron recoil experiments
暗物质在质量低于1 MeV时，直接探测实验的限制很差。这是下一代实验的一个重要目标，已经提出了几种方法来探测这个质量范围。其中一类实验将寻找暗物质--电子反冲。然而，具有新的光自由度耦合到电子的简化模型面临着来自宇宙学的巨大压力，并且这些限制的程度更普遍地是知之甚少。在这里，我们进行了一个系统的研究宇宙学的约束模型与重介体的背景下，有效场论。我们包括约束（i）破坏原始核合成，（ii）过度生产的暗物质，和（iii）的有效数量的中微子物种重组。我们证明了我们的结果所提出的电子反冲实验的影响，并突出的情况下，可能适合直接检测。
2020-07-30 hep-ph
Composite heavy axion-like dark matter
本文提出复合重轴子类粒子作为新型暗物质候选体，在暗禁闭规范理论中实现，通过重费米子门户抑制电磁耦合，仅需三个参数描述其可观测特征，开辟了新的研究领域。
2025-07-09 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Multi-messenger hunts for heavy WIMPs
重中微子在文献中有着悠久的历史，特别是与它们作为中微子质量、重子不对称性和可能的暗物质问题的解决方案有关。有趣的是，最近马达拉假说的发展，一个标准模型的扩展，旨在解释持续的LHC轻子异常，可能也需要一个重中微子。这一前景是令人兴奋的暗物质模型组成的TeV规模的亲轻子费米子粒子也被调用来解释电子-正电子过剩观察到的DAMPE实验。这些新费米子之间诱人的相似性可能允许间接暗物质探测方法探索经验上引人注目的标准模型扩展，如马达拉假设。然而，亲轻子性质和大质量意味着预期的湮灭或衰变的伽马射线特征比传统上认为的重夸克和τ轻子通道中的伽马射线特征要弱。在这项工作中，我们探讨是否可以利用KM 3 NeT中微子探测器的亲轻子性质的添加粒子提供一种替代手段，探索宇宙学和对撞机物理学之间的这种有趣的联系。我们证明了矮星系，特别是像三角座II这样的高密度超暗矮星系，为KM 3 NeT搜索提供了非常强大的前景。
2019-12-03 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Stop Co-Annihilation in the Minimal Supersymmetric Standard Model Revisited
我们重新研究了最小超对称标准模型的停止共湮灭方案，其中一个bino-like最轻的超对称粒子的热遗迹密度设置的共湮灭与标量合作伙伴的顶夸克在早期宇宙。我们专注于只有最高伙伴部门与宇宙学相关，其他粒子都很重的情况。我们讨论宇宙学的重点是低能量参数和测量的希格斯玻色子玻色子质量及其属性的影响的重点。我们发现，不可约的直接检测信号与这种宇宙学一般远低于预计的实验灵敏度，在大多数情况下，低于中微子背景。一个更大的，可探测的，直接的探测率是可能的，但与共同湮灭宇宙学无关。LHC对压缩光谱的搜索对于探测这种情况至关重要。
2018-01-22 hep-ph
Supersymmetry and Brane Cosmology
我们考虑一个五维膜世界的情况下，第五维是紧的$S^1/Z_2$。我们表明，熟悉的四维宇宙学在我们的膜很容易恢复在一个原始阶段的膨胀，如果超对称性被利用。即使某些真空能量密度出现在我们的三膜上，重的超对称体场也会自我调整，并沿着额外维度获得非平凡的构型。这种现象使能量密度均匀地重新分布在整个块体上，由此产生的能量-动量张量并没有显示出与我们的三膜上的初始局域能量密度相关的任何奇异性。度规的导数在膜上没有跳跃，爱因斯坦方程在第五维上用常数解求解。我们的研究结果表明，在超对称膜世界的情况下，宇宙学现象必须研究适当考虑批量超对称状态。这一评论在应用于（超）引力时特别相关，因为在超对称膜世界的场景中，即使手征物质和规范场可能被限制在边界上，引力多重态总是在体中传播。
2001-10-17 hep-ph
N-Body Simulations for Coupled Scalar Field Cosmology
详细介绍了耦合标量场宇宙学模型的一致N体模拟的一般方法和数值实现，包括背景宇宙学和初始条件的产生（考虑到不同物质种类的不同耦合）.我们进行完全一致的模拟一类耦合标量场模型与逆幂律势和负耦合常数，变色龙机制不运作。我们发现，在这样的宇宙学模型中，除了背景膨胀之外，标度场势的作用可以忽略不计，并且产生的第五种力的大小与重力成正比，这证明了在一些早期的宇宙学模型中使用重新标度的引力常量G是合理的。类似模型的N体模拟。我们研究了标量耦合对非线性物质功率谱的影响，并与线性微扰计算进行了比较，以研究非线性模型偏离线性近似的地方。首次将识别引力维里化物质晕的算法应用到标量场宇宙学中，并用于测量质量函数和研究维里化物质晕的性质。我们发现，标量耦合的净效应有助于产生更多的重晕在我们的模拟箱和抑制的内部（而不是外部）的密度轮廓相比，预测的Spectada-CDM，而这种抑制减弱之间的耦合的标量场和暗物质粒子的强度增加。
2010-05-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Tracing the Interplay between Non-Thermal Dark Matter and Right-Handed Dirac Neutrinos with LHC Data
探测大爆炸核合成的轻元素丰度和宇宙学探测宇宙微波背景退耦时期的精确数据都暗示了额外相对论自由度的存在。这被广泛地称为“暗辐射”，表明需要在紫外线完成标准模型的新的光状态。我们提供了一个简短而简洁的概述，目前的观测状态，这样的暗辐射和调查之间的相互作用的两种可能的解释额外的轻状态：右手的合作伙伴的三个狄拉克中微子（通过交换一个新的重矢量介子与所有费米子）和暗物质粒子，通过非热机制产生的，如我们的大规模文物的后期衰变。这个模型将额外轻态的宇宙学指示与LHC重矢量粒子的产生联系在一起。
2013-05-01 astro-ph.CO hep-ph
Gravitino Production in the Early Universe and Its Implications to Particle Cosmology
讨论了不稳定引力子对大爆炸核合成（BBN）的影响及其对粒子宇宙学的意义。当引力子质量小于\sim 20 TeV时，引力子的寿命将超过\sim 1秒，其衰变可能破坏标准BBN的成功.为了避免这样的问题，获得了膨胀后再加热温度的上限，其可以低至\sim 10^{5-6} GeV。对于这样低的再加热温度下的重子生成，基于超对称性破缺的大截止超引力（LCSUGRA）假设，提出了一个一致的方案，即引力子和sfermion的质量达到\sim O（1-10 TeV）。在LCSUGRA中，非热的轻子生成可以产生足够大的重子不对称性。我们还看到，在LCSUGRA的情况下，最轻的超粒子的遗迹密度变得与WMAP值的暗物质密度在成功的非热leptogenesis所需的参数区域一致。在这种情况下，暗物质密度可以用未来的e^+e^-线性对撞机来重建。
2005-09-13 hep-ph
The Spectrum of Dark Radiation as a Probe of Reheating
在暴胀之后，宇宙大概经历了一个重新加热的阶段，这实际上开始了热大爆炸宇宙学。然而，到目前为止，我们几乎没有直接的实验或观测证据来证明宇宙的这一重要阶段。在这封信中，我们认为，测量自由传播的相对论性粒子，即暗辐射，在再加热过程中产生的光谱可以为我们提供强大的再加热阶段的信息。为了证明这种可能性，我们考虑一种情况，即暗辐射是在重的非相对论性粒子的衰变中产生的。我们表明，光谱的关键取决于是否重粒子曾经主宰宇宙或没有。由依赖于相对论自由度的数量所引起的特征甚至可以允许推断重粒子衰变发生时的温度。
2021-01-29 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Heavy Thermal Relics from Zombie Collisions
我们提出了一种新的热冻结机制，该机制导致暗物质质量超过了许多数量级的幺正性，而不违反微扰幺正性或修改标准宇宙学。决定遗迹丰度的过程是$χζ^\dagger \to ζζ$，其中$χ$是暗物质的候选者。对于$ m_ζ< m_χ< 3 m_ζ$，$χ$在宇宙学上是长寿命的，并且相对于指数上更丰富的$ζ$散射。因此，这样的过程允许指数更重的暗物质与经历普通$2 \to 2$冻结的粒子具有相同的相互作用强度;或者等效地，对于相同质量，指数更弱的相互作用。我们在亲轻子暗物质模型中证明了这种机制，该模型允许暗物质质量高达$10^{9}$ GeV。
2020-03-10 hep-ph
Heavy Neutral Leptons from kaon decays in the SHiP experiment
我们计算的信号率的假设重中性轻子（HNL或无菌中微子）从K介子衰变预计在SHiP实验的框架。K介子是由来自CERN SPS的400 GeV质子在束流收集模式下引发的强子簇射产生的。对于一个足够轻的HNL（当衰变是运动学允许），我们发现K介子衰变是一个显着丰富的HNL源相比，$D$介子衰变在SHiP的HNL现象学以前的研究。特别是，SHiP能够充分探索HNL质量的运动学允许区域的中心部分，并与电子和μ子中微子混合到宇宙学下限。后者与早期宇宙中的HNL衰变相关，高能产物重新散射，从而破坏原始核合成时产生的轻核。HNL模型与较小混合的一致性将需要一个层次结构-所有HNL与τ中微子的更大混合-或者非标准宇宙学和HNL部门的新成分，关闭最小非跷跷板I型模型的空间，其中无菌中微子轻于K介子。
2020-10-19 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
See Saw Inflation / Dark Matter / Dark Energy / Baryogenesis
BICEP 2的结果暗示，当宇宙的膨胀能量约为$Mc^2 \approx 10^{14}$ GeV时，引力波就会产生，而粒子物理学标准模型的一个自然延伸是一个右手中微子，它会或可能在$m_{ν_R}c^2 \approx 10^{14}$ GeV，受此启发，我在这里提出了一个跷跷板暴胀模型，它适合于我们称为“摆动暴胀”（Wiggly Whipped Inflation）\cite{Hazra:2014WWI}的一般模型。剩余的重右手中微子在合理的物理方案中被证明是暗物质。稳定重右手中微子质量的相同标量玻色子然后变成因弗拉通，其势由自耦合和重右手中微子质量耦合设定。在这种跷跷板暴胀之后，人们还发现跷跷板机制在近大统一理论尺度的因弗拉顿势中提供了一个由最轻中微子设定的量的弱电对称性破缺后的偏移，因此产生了一个由最轻左手中微子质量$m_{ν_L} \sim 10^{-3}$ eV设定的尺度的“暗能量“。由于这些中微子是马约拉纳粒子，违反轻子数守恒，它们是在电弱尺度下重子生成的天然介质。剩余的重右手中微子经过一些微调就变成了暗物质。因此，一个不美观的微调模型可以通过将宇宙学剩下的四个基本问题与中微子部分联系起来来解决它们。复活的SO（10）GUT模型为这种情况的发展提供了一个框架，并允许对Inflaton势进行特定的预测，并为中微子和宇宙学观测量提供了一个框架。
2014-05-19 astro-ph.CO hep-ph
Peccei-Quinn field for inflation, baryogenesis, dark matter, and much more
我们提出了一种膜宇宙学方案，其中Peccei-Quinn场扮演着暴胀子的角色，同时解决了许多宇宙学和唯象学问题，如跷跷板机制所需的右手中微子的重Majorana质量的产生，$μ$ -参数，重子数不对称的适量以及当前宇宙中的暗物质遗迹密度，以及无畴壁障碍的强CP问题的轴子解。有趣的是，软超对称性破缺质量参数和$U(1)_{\rm PQ}$对称性破缺的尺度分别在$\mathcal{O}(10) {\mathrm TeV}$和$\mathcal{O}(10^{11}) {\mathrm GeV}$处有下界。
2016-05-13 astro-ph.CO hep-ph
Leptogenesis and Planck-scale black hole remnants in a Pati-Salam cosmology
School of Advanced Sciences, Vellore Institute of Technology（维洛尔理工学院高级科学学院）；Department of Physics and Institute of Basic Science, Sungkyunkwan University（成均馆大学物理系与基础科学研究院）；School of Physical Sciences, Indian Institute of Technology Goa（印度戈阿理工学院物理科学学院）
该研究在Pati-Salam宇宙学中探讨原初黑洞蒸发产生的轻子生成与普朗克尺度残骸暗物质，发现非热轻子生成与残骸暗物质相互排斥，但热贡献下10^6克黑洞可同时满足暗物质、重子不对称及破缺能标，并预言可探测的引力波背景。
2026-09-21 hep-ph
No Hiding in the Dark: Cosmological Bounds on Heavy Neutral Leptons with Dark Decay Channels
Washington University（华盛顿大学）；Johannes Gutenberg-Universität Mainz（美因茨约翰内斯古腾堡大学）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；Kaiping Neutrino Research Center（开平中微子研究中心）
本文研究了重中性轻子通过暗衰变通道的宇宙学限制，发现其寿命限制导致更严格的宇宙学约束，对实验室搜索有重大影响。
2026-03-10 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Dark quarkonium formation in the early universe
在约束规范群下带电的重稳定粒子的残余丰度可以通过接近解除约束温度的第二阶段湮灭而耗尽。这一过程通过形成类夸克态进行，其中重对随后湮灭。夸克偶素形成截面的大小是一些争论的主题。我们在一个简单的玩具模型中估计这个截面。主要的过程可以被看作是重夸克和轻夸克的重排，导致强子大小的几何截面。相反，只涉及重组分的过程导致质量抑制的截面。这些结果适用于任何束缚态的大小远大于其质量倒数的情况，例如具有不同质量带电粒子的U（1）模型，并且可以用于构建质量高于朴素么正性束缚的超重暗物质模型。它们也与任何稳定的有色遗迹的宇宙学有关。
2018-06-28 hep-ph
Heavy spin-2 Dark Matter
我们提供了进一步的细节，最近的建议，解决宇宙学中的暗扇区的性质，并证明，目前所有的观测相关的暗物质可以解释的存在下，一个重自旋2粒子。无鬼影双度规理论是广义相对论的最小和自然的扩展，它唯一地描述了自旋为2的大质量场及其引力相互作用。在这种设置中，物理普朗克质量的巨大性自然与重自旋2场与重子物质的极弱耦合有关，因此解释了专门用于暗物质搜索的实验中没有信号的原因。它还确保了我们的模型的现象学可行性，因为我们通过将其与宇宙学和局部引力测试进行比较来证实。同时，自旋为2的场具有标准的引力相互作用，它普遍衰变为所有的标准模型场，但不衰变为无质量的引力子。匹配测量的DM丰度与稳定性的要求一起约束自旋-2质量在1至100 TeV的范围内。
2016-09-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Highlights and Conclusions of the Chalonge 13th Paris Cosmology Colloquium
第13届Chalonge Paris Cosmology Colloquium于2009年7月23日至25日在巴黎天文台历史悠久的Perrault大楼举行。讨论会本着Chalonge学派的精神举行，在宇宙标准模型的框架内汇集了真实的宇宙学和天体物理学数据以及硬理论预测方法。Peter Biermann，James Bullock，Claudio Destri，Hector de Vega，Massimo Giovannini，Sasha Kashlinsky，Eiichiro Komatsu，Anthony Lasenby and Norma G.桑切斯在这里介绍了他们的学术讨论会的亮点。H. J. de Vega，M. C. Falvella和N. G. Sanchez强调：（i）原始CMB波动几乎是高斯的，大的原始非高斯性和大的运行指数是非常不受欢迎的。在有效暴胀理论中，原初引力子比r被预测在0.021和0.053之间，在下一次CMB观测中达到。(ii)暗能量观测结果与宇宙学常数一致。(iii)用自然天体物理过程解释了最近观测到的宇宙线正电子过剩现象。(iv)重的暗物质候选粒子（> 1 GeV，wimps）变得非常不受欢迎，而核心（非尖点）暗物质晕和轻（keV尺度质量）暗物质越来越受到理论和天体物理观测的青睐。2009年Daniel Chalonge奖章在学术讨论会期间授予Pe…
2010-07-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
On the lifetime of a cold dark matter particle and the cosmological diffuse photon background
结果表明，质量为O（100 TeV）的Majorana重中微子是冷暗物质的一个很好的候选粒子.它的寿命约为O（10^（25）s），主要由辐射性二体衰变决定，因此可以解释大部分的宇宙学漫射光子背景。两种机制抑制寿命：轻子GIM抵消和跷跷板弱耦合抑制。作为一种费米子冷暗物质粒子，重中微子更倾向于爱因斯坦-嘉当宇宙学所约束的宇宙的平均质量密度。
1999-11-05 hep-ph
Effect of large light-heavy neutrino mixing and natural type-II seesaw dominance to lepton flavor violation and neutrinoless double beta decay
在TeV尺度左右对称模型的框架下，通过研究新物理对带电轻子味破坏的贡献，得到了轻中微子正能级和反能级的最轻中微子质量绝对尺度的下界.在该模型中，费米子扇区由通常的夸克和轻子加上每代费米子单线态组成，标量扇区由同位旋二重态、三重态和双重态组成。该框架允许大的轻-重中微子混合，其中轻中微子质量公式由自然的II型跷跷板机制支配，而不像一般的II型跷跷板优势，它假定了抑制的轻-重中微子混合。我们演示了如何控制相当大的环诱导的贡献轻中微子质量，使轻中微子质量公式主要是由II型跷跷板机制解释。本文研究了大的轻重中微子混合对带电轻子味违反过程如$μ\to e γ$、$μ\to 3 e$和$μ\to e$转换的贡献。考虑到轻中微子质量和的单β衰变、双β衰变和宇宙学界，对无中微子双β衰变和带电轻子味破坏进行了补充研究.
2021-05-25 hep-ph
Some Comments on the `Quirks' Scenario
我们讨论了长寿命或稳定的有色粒子模型的各个方面。特别是，我们专注于一个理想的夸克模型与电弱中性重（O（TeV））粒子进行普通的颜色和另一个$ SU'(3)$颜色与一个非常低的规模$Λ'$。我们发现，与人们可能认为的相反，这样的模型是宇宙学上一致的，即使对于非常低的O（10 eV）$Λ'$和不假设低的再热温度，也避免了许多“陷阱”。我们还表明，预期的生产夸克的宇宙射线，这是纳入重同位素在海水中是一致的，后者的高度严格的界限。这就避免了对夸克模型的真正威胁，而夸克模型本来会排除它，不管宇宙学如何。最后，我们简要评论可能的LHC签名。
2009-07-28 hep-ph
Jet substructure probe to unfold singlet-doublet dark matter in the presence of non-standard cosmology
针对非标准宇宙学下单态-双态暗物质非热产生需高相互作用率且难以通过长寿命粒子探测的问题，提出利用大质量玻色子boosted衰变产生的双胖喷注及缺失横动量，结合多变量分析在HL-LHC探测并约束暗物质参数空间。
2023-06-29 hep-ph
Insights into the highest natural scale: Finite naturalness challenges inflationary dynamics
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
研究通过有限自然性挑战暴胀动力学，指出引力可早于传统机制耦合希格斯与重尺度，并质疑大场暴胀模型的合理性。
2025-12-08 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Brief on Dark Matter in the Type Ib Seesaw Model: a GeV-scale Dirac neutrino portal
Ib型跷跷板作为中微子质量起源的另一种解释，为中微子物理与宇宙学的联系提供了一种新的有趣的途径。在这个过程中，我们考虑一个最小的Ib型跷跷板模型，其中有效中微子质量算符涉及两个不同的希格斯二重态和一个重狄拉克质量。我们提出了一个最小的暗物质扩展模型，其中狄拉克重中微子耦合到一个暗狄拉克费米子和一个暗复杂的标量场，都在离散$Z_2$对称下是奇数，其中较轻的一个作为暗物质的候选人。针对费米子暗物质的情况，我们研究了Yukawa耦合、中微子入口耦合和暗标量与暗费米子质量比的参数空间，其中正确的暗物质残余丰度可以通过冻结机制产生.通过考虑标准模型中微子和重中微子之间的混合，可以在暗物质的产生和实验室实验之间建立联系。
2021-10-19 hep-ph
Heavy neutral leptons below the kaon mass at hodoscopic detectors
低于K介子质量的重中性轻子（$N$）受到宇宙学和基于实验室的飞行衰变研究的严重限制。如果$N$通过一个额外的力相互作用，那么$N\toνe^+e^-$的衰变就会增强，宇宙学极限就可以避免。我们表明，T2 K和MicroBooNE中微子实验提供了最好的限制混合的$N$与μ子中微子，优于过去一代的实验，以前认为占主导地位。我们用电磁衰减和长寿命的$N$来约束模型，例如在过渡磁矩门户和亲轻子类轴子粒子门户中，用来解释MiniBooNE过剩。通过考虑这些模型作为代表性的例子，我们的研究结果表明，MiniBooNE过量的解释，涉及$e^+e^-$对从长寿命的粒子是在紧张与T2 K，PS191，和MicroBooNE数据。类似地，这些搜索也限制了基于单光子的MiniBooNE解释，这是由于通过虚拟光子的相关$e^+e^-$衰变模式。
2022-03-22 hep-ex hep-ph
Moduli Decays and Gravitinos
弦宇宙学的模问题的一个提议的解决方案要求模相当重，它们的衰变将宇宙重新加热到核合成尺度以上的温度。在许多这样的情况下，模近似是超对称的;因此至关重要的是，引力子的衰变被螺旋度抑制。在本文中，我们讨论的情况下，这些衰变，并没有，抑制。我们还评论了一个可能的引力子问题从暴胀衰变。
2006-05-24 hep-ph
Light Dark Matter from Entropy Dilution
我们表明，一个热遗迹，从标准模型（SM）等离子体，而相对论性可以是一个可行的暗物质（DM）的候选人，如果退耦之后是一个时期的熵稀释加热SM，但不是黑暗的部门。这种被稀释的热遗迹可以轻至keV，同时占DM的全部，并且与宇宙学和天体物理学测量不冲突。必要的稀释可以通过在早期物质主导时代主导宇宙能量预算的重态的衰变来实现。重态衰变为SM粒子，加热SM等离子体，并稀释隐藏扇区。在早期宇宙中，平衡两个扇区所需的相互作用对作为退耦温度函数的最大可能稀释度施加了限制。作为稀释热遗迹DM的一个例子，我们考虑一个轻狄拉克费米子与重暗光子介质。我们提出了从地球实验（当前和未来），天体物理学和宇宙学模型的约束。
2020-02-10 hep-ph
Heavy Field Effects on Inflationary Models in Light of ACT Data
RIKEN Center for Interdisciplinary Theortical and Mathematical Sciences (iTHEMS)（RIKEN跨学科理论与数学科学中心（iTHEMS））；Department of Physics, Kyushu University（九州大学物理系）；Quantum and Spacetime Research Institute (QuaSR), Kyushu University（九州大学量子与时空研究所（QuaSR））
本文探讨了重场在膨胀模型中通过增加$ n_s $和$ α_s $与ACT数据的兼容性，扩展了传统膨胀模型并提出了具体模型实现。
2025-12-01 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Ultralight dark matter or dark radiation cosmologically produced from infrared dressing
在辐射主导的宇宙学中，研究了玻色子或费米子重粒子被它们耦合到的无质量粒子云的红外敷料作为超轻暗物质或暗辐射的可能产生机制。我们实现了一个有效的波长远小于哈勃半径的绝热膨胀结合非微扰和明显的幺正动力学remation方法来研究初始单重粒子态的时间演化。我们发现一个惊人的相似的粒子衰变过程：初始振幅的单个粒子的时间衰减，而不是指数，但与幂律与异常尺寸$\propto t^{-Δ/2}$具有交叉到$t^{-Δ}$的重粒子成为非相对论性的玻色子和费米的情况下，表明一定的普遍性。在较长的时间内，渐近态是重粒子和无质量粒子的纠缠态。纠缠熵的增长下描述的信息流从初始的单粒子到最终的多粒子状态的时间演化。在渐近状态下的能量动量张量的期望值由两个独立的流体描述，每个流体都服从协变守恒，一个是重粒子，另一个是相对论性（无质量）粒子（暗辐射）。由于纠缠，两种流体共享相同的冻结分布函数和熵。
2022-01-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A Very Heavy Sneutrino as Viable Thermal Dark Matter Candidate in $U(1)'$ Extensions of the MSSM
我们研究了标准模型单重态（“右手”）sneutrino $\tilde ν_R$暗物质在一类$U(1)'$扩展的MSSM起源于破缺的$E_6$规范群。这些模型，被称为UMSSM，包含三个右手中微子超场加上一个额外的规范玻色子$Z'$和一个额外的SM单态希格斯质量$\simeq M_{Z'}$，连同他们的超伙伴。在UMSSM中，右超中微子在额外的$U(1)'$规范对称下带电，因此它可以通过规范相互作用湮灭。特别地，对于$M_{\tilde ν_R} \simeq M_{Z'}/2$，中微子可以通过（几乎）壳层规范或希格斯玻色子的交换而湮灭。我们专注于参数空间的这个区域。对于一些电荷分配，我们发现可行的热$\tilde ν_R$暗物质的质量高达$\sim 43$ TeV。这是迄今为止在明确模型中发现的标准宇宙学中最高质量的热暗物质候选者。我们的结果也可以应用到其他模型的自旋PDMATHAMT暗物质候选人通过共振交换的标量粒子湮灭。这些模型不能在大型强子对撞机上进行测试，也不能在目前或不久的将来进行直接探测实验，但可能会在未来的切伦科夫望远镜中产生可见的间接探测信号。
2019-05-03 hep-ph
Baryogenesis with Superheavy Squarks
我们考虑一个设置中的R-宇称是违反分裂超对称性的框架。重夸克的非平衡衰变成功地导致了重子不对称性的产生。我们将R宇称违反耦合限制在重子数违反子集上，以保持中性伴子足够稳定，从而提供暗物质。所观察到的重子不对称性可以在夸克质量大于10^11 GeV的情况下产生，而中性伴子暗物质则诱导了10^13 GeV的更强束缚。在左手和右手方子之间的一些质量分裂可能也需要满足来自胶子宇宙学的限制。
2005-08-19 hep-ph
