Testing keV sterile neutrino dark matter in future direct detection experiments
我们以XENON 100、XENON 1 T和DARWIN为例，通过直接探测实验确定了无菌中微子温暗物质的约束条件。如果keV级的无菌中微子与靶材料的束缚电子发生非弹性散射，就会产生电子反冲信号。这可以用来限制无菌中微子的质量及其与活跃扇区的混合。虽然不能与来自X射线数据的天体物理学约束竞争，但这些约束是第一个直接实验室对无菌中微子暖暗物质的限制，并且在参数空间的某些部分将是对keV尺度中微子的最强限制。
2016-11-10 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
A Fresh Look at keV Sterile Neutrino Dark Matter from Frozen-In Scalars
质量只有几千电子伏的惰性中微子可以作为宇宙学上的暖暗物质。我们研究了早期宇宙中冻结标量衰变产生keV无菌中微子的过程。以前的研究集中在重冻结标量与希格斯质量以上的质量导致一个热的光谱与质量低于8-10千电子伏的无菌中微子。出于最近的暗示在3.55千电子伏的X射线线，我们扩展分析，以轻冻结标量，这使得一个冷却器的光谱。在电弱相变下面，几个新的定性通道开始起作用。最重要的是湮灭成电弱矢量玻色子，特别是W玻色子，以及希格斯粒子在运动学允许的情况下衰变成成对的冻结标量。
2015-01-20 astro-ph.CO hep-ph
Supernova Bounds on keV-mass Sterile Neutrinos
keV质量的不育中微子是暖暗物质最有希望的候选者之一，它可以解决冷暗物质方案中遇到的小尺度问题。我们提出了一个详细的研究，这样的不育中微子在超新星核心的生产，并得出严格的界限上的活性不育中微子混合角和不育中微子质量的基础上的标准能量损失的论点。
2015-04-10 hep-ph
Constraining models for keV sterile neutrinos by quasi-degenerate active neutrinos
我们提出了一个关于keV无菌中微子暗物质的No-Go定理：如果keV尺度的无菌中微子扮演暗物质的角色，它们通常是不稳定的，它们的衰变产生天体物理单能X射线线。事实证明，在这条线上的观测约束是如此之强，它与在Casas-Ibarra矩阵R为实数的跷跷板I型框架中存在活性中微子的准简并谱相矛盾。对于没有CP破坏的模型，情况尤其如此。我们给出了这个定理的一般证明。虽然该定理（像每个No-Go定理一样）依赖于某些假设，但它适用的情况仍然足够普遍，可以为keV中微子模型的构建带来有趣的结果。事实上，根据下一代实验的结果，人们可能会排除keV无菌中微子的整个模型。
2013-02-25 astro-ph.CO hep-ph
7 keV Sterile neutrino dark matter in $U(1)_R-$ lepton number model
利用最近观测到的仙女座星系和包括英仙座星系团在内的各种星系团的X射线谱中3.5 keV左右的X射线线信号，研究了具有$U(1)_R-$轻子数的超对称模型中keV不育中微子的现象.这个模型不仅提供了一个小的树级质量的活动中微子之一，但也提出了一个合适的温暖的暗物质候选人的形式与活跃的可忽略不计的活跃-不育的混合的不育中微子。一旦考虑到单圈辐射修正，轻中微子的质量和混合就可以得到解释。这个模型的标量扇区可以容纳质量为$\sim$ 125 GeV的希格斯玻色子。在这个模型中，引力子是最轻的超对称粒子（LSP），我们还研究了这种质量为$\sim \mathcal O$（GeV）的轻引力子的宇宙学意义。
2014-10-27 astro-ph.CO hep-ph
Leptogenesis in models with keV sterile neutrino dark matter
我们用千电子伏的无菌中微子暗物质分析了标准模型规范扩展中的leptogenesis。我们发现，在这些模型中，观测到的宇宙暗物质丰度和正确的重子不对称性可以同时出现。暗物质丰度和稀薄生成都是由同一个重右手中微子的非平衡衰变控制的。
2013-07-31 hep-ph
New Production Mechanism for keV Sterile Neutrino Dark Matter by Decays of Frozen-In Scalars
我们提出了一种新的keV无菌中微子暗物质产生机制。在我们的设置中，我们假设存在一个标量单线态粒子，它在早期宇宙中从未进入热平衡，因为它只通过一个非常小的希格斯门相互作用耦合到标准模型场。对于合适的耦合值，标量可以经历所谓的冻结过程，并以这种方式在早期宇宙中有效地产生。然后这些标量衰变成keV的无菌中微子，并产生正确的暗物质丰度。虽然类似的设置中的标量没有进入热平衡，然后冻结之前已经研究过，这里提出的机制是新的，并代表了一个通用的扩展已知的情况。我们进行了详细的数值计算DM生产使用一组耦合玻尔兹曼方程，我们说明了成功的区域中的参数空间。我们的生产机制甚至可以在完全不存在活性-无菌混合的模型中工作。
2013-06-17 astro-ph.CO hep-ph
Sterile neutrinos in cosmology
在中微子质量产生机制中，不育中微子是粒子物理标准模型的自然延伸。如果它们相对较轻，小于约10 keV，它们可以显著改变宇宙学，从早期宇宙到今天的物质和辐射能量密度。在这里，我们回顾了宇宙学的作用，这种轻不育中微子可以发挥从早期宇宙，包括生产keV级不育中微子的暗物质的候选人，和轻eV级不育中微子的动力学弱耦合活动中微子时代。本文综述了在宇宙微波背景和大尺度结构数据中提出的轻不育中微子的特征。我们还讨论了keV尺度的无菌中微子暗物质衰变的X射线观测签名，包括最近的候选人$\sim$ 3.5 keV的X射线线检测一致的衰减的$\sim$ 7 keV的无菌中微子暗物质粒子。
2017-10-25 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Influence of ~7 keV sterile neutrino dark matter on the process of reionization
最近的报道在几个以物质为主的天体的光谱中发现了一条~3.5 keV的微弱的未识别发射线，这可能为解决长期存在的暗物质问题提供了线索。能够产生这种额外谱线的最佳物理激发粒子候选者之一是质量约为7 keV的无菌中微子。以前的工作表明，与传统的冷暗物质方案相比，参数与新谱线测量一致的无菌中微子暗物质对结构形成的影响较小。在这项工作中，我们第一次集中在贡献的无菌中微子暗物质能够产生所观察到的线在~3.5 keV，再电离的过程。通过将~7 keV无菌中微子的暗物质功率谱纳入扩展的再电离半解析“气泡”模型，我们得到这样的无菌中微子暗物质将产生比广泛使用的冷暗物质模型明显更尖锐的再电离，在任何合理选择的模型参数下，在冷暗物质情景中都不可能“模仿”，并且将具有降低再电离的红移和电子散射光学深度的明显趋势（尽管差异仍然低于现有模型的不确定性）。因此，进一步专门研究再电离（如21厘米测量或动力学Sunyaev-Zeldovich效应的研究）将是必不可少的粒子候选人负责~3.5 keV线重建。
2016-06-04 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Influence of a keV sterile neutrino on neutrino-less double beta decay -- how things changed in the recent years
早期关于暗物质keV惰性中微子对无中微子双β衰变影响的研究得出结论，衰变率没有显著的改变。这些研究只集中在质量的千电子伏以上的无菌中微子2和4千电子伏，分别为某些生产机制的动机。另一方面，已经提出了替代的生产机制，放宽了质量的下限，新的实验数据也是可用的。因此，更新研究是及时和值得的。我们专注于最新的数据，即，最新的钱德拉和XMM-牛顿观测边界的X射线线源于辐射千电子伏无菌中微子衰变，以及新的测量以前未知的轻子混合角$θ_{13}$。虽然以前的工作可能有点短视，但新的观测界限确实使keV的无菌中微子对无中微子双β衰变的影响变小了。即使不是所有的暗物质都是由keV的惰性中微子组成，这个结论也是成立的。
2014-02-07 hep-ph
keV Sterile Neutrino Dark Matter from Singlet Scalar Decays: The Most General Case
我们研究了宇宙早期由单重标量衰变产生的无菌中微子暗物质。所有以前的研究都应用了简化的假设和/或只在数密度的水平上研究了这个过程，这使得它不可能给出关于宇宙结构形成的陈述。为了克服这些问题，我们放弃了所有的简化假设（除了我们之前展示的一个完美的假设），并在非热动量分布函数的水平上计算了暗物质产生的整个过程。因此，我们能够研究由此产生的设置的所有方面，并以可靠的方式应用所有相关的界限。我们有一个特别的重点是如何将从结构形成的线性功率谱的水平上的界限，因为简单的估计使用自由流的地平线显然是失败的高度非热分布。我们的工作包括迄今为止对标量衰变产生的无菌中微子暗物质的最详细和最全面的研究。
2016-09-05 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Resonance production of keV sterile neutrinos in core-collapse supernovae and lepton number diffusion
我们研究如何假设的粒子-不育中微子-可以通过$\barν_μ$和$\bar ν_τ$的共振转换在爆炸的超新星内部产生。我们处理的新颖之处在于适当考虑轻子数扩散。我们计算了无菌中微子的产率，发现即使考虑到反反应，无菌中微子可以进行相当大的一部分爆炸的总能量相比，活性中微子。然而，生产对内部超新星区域的温度呈指数敏感，这使得具有挑战性的预测变得强大。为了了解这种产生是否会影响超新星的演化并因此受到限制，需要进行详细的模拟，包括无菌中微子的影响。
2022-12-02 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Sterile neutrino dark matter bounds from galaxies of the Local Group
我们发现，基于正则振荡（非共振）生产的不育中微子暗物质是不一致的，在$>99$ %的置信度与本星系群的观测。我们使用银河系矮卫星星系的相空间密度，以及基于M 31类似物的$N$ -体模拟的次晕计数的$8.8$ keV（相当于$1.8$ keV热质量）的限制，对$2.5$ keV（相当于$0.7$ keV热质量）的非共振无菌中微子质量设置下限。结合改进的质量上限来自显着更深的X射线数据的M 31的背景变化的充分考虑，我们表明，仍然有很小的空间，非共振生产，如果不育中微子解释$100$ %的暗物质丰度。共振和非振荡无菌中微子生产仍然是可行的机制，产生足够的暗物质无菌中微子。
2013-11-01 astro-ph.CO hep-ph
Interactions of keV sterile neutrinos with matter
质量为几keV的无菌中微子是一个很好的暗物质候选者，它也可以通过冷却的中子星的无菌中微子的各向异性发射来解释观测到的中子星的速度。我们讨论了这些遗迹粒子与物质的相互作用，并评论了未来直接探测实验的前景。一个残余的无菌中微子可以通过无菌-活性混合与物质费米子通过电弱电流相互作用，最终状态包含一个相对论活性中微子。撞击到物质费米子上的反冲动量由无菌中微子质量决定，足以使原子发生碰撞并翻转原子核的自旋。虽然这表明直接实验检测的可能性，我们计算的速率，并表明，建立一个现实的检测器所需的大小将是一个艰巨的挑战。
2010-01-29 hep-ph
Beta and Neutrinoless Double Beta Decays with KeV Sterile Fermions
受KATRIN实验探索$[1-18.5]$ KeV质量范围内KeV中微子存在的能力的启发，我们探索了包含无菌中微子的标准模型的最小扩展的可行性（即3 + $N$框架），并研究它们在β能谱和无中微子双β衰变有效质量中可能产生的影响，对于轻中微子光谱的两种可能的排序情况。我们还探讨了如何这两个观测值可以区分动机低规模的跷跷板实现涉及千电子伏不育中微子。我们的研究涉及具有两个右手中微子的I型跷跷板的前景，以及逆跷跷板和线性跷跷板的组合，其中标准模型被两个准简并无菌费米子最小限度地扩展。我们还讨论了探索后一种情况下寻找双扭结在KATRIN的可能性。
2019-01-09 hep-ph
Relic keV sterile neutrinos and reionization
一个质量为几千电子伏的无菌中微子可以解释宇宙学上的暗物质，也可以解释观测到的暗物质的速度。我们发现，这些残余的无菌中微子衰变产生的X射线可以促进分子氢的产生，这可以加速气体的冷却和早期恒星的形成，这反过来又会导致宇宙在足够高的红移下再电离，与WMAP的结果一致。
2006-03-02 astro-ph hep-ph
Deriving Models for keV sterile Neutrino Dark Matter with the Froggatt-Nielsen mechanism
质量在千电子伏左右的惰性中微子是暖暗物质的一个有吸引力的粒子物理候选者。虽然已经提出了许多框架，这些中微子可以满足所有的唯象约束，但几乎没有任何已知的模型可以解释这样一种特殊的质量模式，一个在keV尺度上的不育中微子和另外两个相当重，同时与低能中微子数据兼容。在本文中，我们提出了基于Froggatt-Nielsen机制的模型，可以给出这样的解释。我们解释了如何分配Froggatt-Nielsen收费在一个成功的方式，我们给出了详细的讨论，所有的条件要满足。事实证明，当试图仔细考虑所有约束时，电荷分配的典型任意性大大降低。此外，我们提出了一些简化模型的分析计算，而准完美的模型被发现数值。
2011-07-27 astro-ph.CO hep-ph
Closing in on Resonantly Produced Sterile Neutrino Dark Matter
我们进行了详尽的扫描允许的共振生产制度的无菌中微子暗物质，以提高约束暗物质结构所产生的非热无菌中微子能谱。小尺度结构的限制是特别敏感的大轻子不对称性/小的混合角，导致相对温暖的不育中微子动量分布。我们重新审视银河系次晕计数的限制，并将其与最近的搜索无菌中微子衰变的X射线发射。他们一起排除了质量范围7.0 keV < m_nu_s < 36 keV之外的模型，以及在95% CI或更高时小于15 x 10-6每单位熵密度的轻子不对称性。我们还发现，虽然参数空间的一部分仍然不受约束，subhalo计数和X射线数据的组合表明，候选人3.55 keV的X射线线信号可能来自7.1 keV的无菌中微子衰变是不利的93% CI。
2017-03-29 astro-ph.CO hep-ph
7 keV sterile neutrino Dark Matter in extended seesaw framework
仙女座星系和其他星系团（包括英仙座星系）的X射线光谱中出现的$3.5$ keV光子线可以解释为$7$ keV不育中微子暗物质候选者的信号，这是一种合理的解释。我们提出了一个新的扩展的跷跷板机制框架，其中最轻的无菌中微子作为暗物质的候选者，它衰变为光子和普通中微子占多余的3.5 keV的X射线线。为了实现这一思想，我们在SM轻中微子$ν_L$中加入了两种不同类型的中性费米子单线态（$S_L$，$N_R$），使轻中微子质量服从一般的线性跷跷板公式.在扩展的跷跷板框架下讨论了模型参数的互补性约束。有利的是，这个框架可以嵌入到一个$SO(10)$大统一理论。
2014-09-12 hep-ph
keV sterile neutrino dark matter in gauge extensions of the standard model
我们知道，千电子伏量级的无菌中微子是一种很好的暖暗物质候选者。我们研究如何实现这种可能性的背景下，规范扩展的标准模型。这种天真的期望导致了在这种设置中大量热过剩的无菌中微子。然而，我们发现，这是可能的使用的其他右手中微子的模型的平衡衰变稀释keV的不育中微子的密度，并实现所观察到的暗物质密度。我们提出了普遍的要求，应满足的规范扩展的标准模型，含有右手中微子，是可行的模型温暖的暗物质，并提供了一个简单的例子中的上下文中的左右对称模型。
2010-05-12 hep-ph
Production of Sterile Neutrino Dark Matter and the 3.5 keV line
最近观测到的一条能量为3.5 keV的X射线线主要来自星系团，这引发了一场关于我们是否可能看到了暗物质信号的讨论。如果得到证实，这个信号可能来自一个质量为7.1 keV的衰变无菌中微子。这样的粒子可以构成所有的暗物质，但尚不清楚它是如何在早期宇宙中产生的。在这封信中，我们表明，这是可能的区别不同的生产机制与当今的天文数据。最严格的限制来自莱曼-α森林，似乎不赞成所有的，但在文献中提出的主要产生机制之一，这是通过衰变的重标量单态的生产。确定产生机制将有助于确定X射线信号是否确实包含暗物质的间接探测。
2015-02-11 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter Search Using Chandra Observations of Willman 1, and a Spectral Feature Consistent with a Decay Line of a 5 keV Sterile Neutrino
我们报告的搜索结果，从辐射衰减暗物质在钱德拉X射线天文台光谱的超微弱矮球状星系威尔曼1的发射线。在0.4-7 keV钱德拉带通的99%置信线通量上限推导和映射到一个允许的区域在不育中微子质量混合角平面，这是一致的，从朱雀X射线天文台和钱德拉观测的小熊座和天龙座矮椭球体最近的约束。通过拟合扣除粒子背景的源光谱，发现了一个明显超出连续谱的发射特征，表明存在一个窄的发射特征，能量为2.51 +/- 0.07（0.11）keV，通量为[3.53 +/- 1.95（2.77）] × 10^（-6）光子/cm ^2/s，置信度为68%（90%）。解释这作为一个无菌中微子辐射衰变的发射线，我们推导出相应的允许范围内的无菌中微子质量和混合角使用两种方法。第一种假设暗物质只由无菌中微子组成，第二种则放宽了这一要求。这一特征与5.0 +/- 0.2 keV的无菌中微子质量和窄范围内的混合角是一致的，中微子振荡可以产生所有的暗物质，冷却的中子星的无菌中微子发射可以解释脉冲星反冲，从而支持我们测量的统计和物理意义。
2010-05-12 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Lifting the core-collapse supernova bounds on keV-mass sterile neutrinos
我们探讨了超新星核心中电子与keV质量的无菌中微子混合引起的能量和熵输运以及轻子数的变化。我们开发了一个径向和时间依赖的治疗的无菌电子中微子混合，包括普通物质的影响，无菌和电子反中微子之间的再转换，以及碰撞生产的无菌粒子的第一次。由于无菌粒子的生产对核心的组成和热力学性质的动力学反馈只会导致大混合角超新星物理学（$\sin^2 2 θ> 10^{-10}$）的重大影响。我们的研究结果表明，在超新星核心的电子无菌转换物理学的自洽评估将放松的界限上的无菌中微子混合参数在文献中报道的混合角小于$10^{-6}$，留下的参数空间的质量和混合角的无菌中微子相关的暗物质搜索不受超新星的约束。
2020-07-07 astro-ph.HE hep-ph
Resonantly-Produced 7 keV Sterile Neutrino Dark Matter Models and the Properties of Milky Way Satellites
通过共振Shi-Fuller机制产生的无菌中微子可以说是最简单的模型，用于解释最近朝向一些包含暗物质的物体的未识别X射线线的暗物质起源。在这里，我计算出在这个机制中产生信号所需的确切参数。这些模型预测的小尺度结构的抑制与本星系群和高$z$星系数约束是一致的。非常重要的是，这些模型中产生完整的暗物质密度所需的参数满足了先前确定的要求，成功地匹配了银河系的总卫星丰度，卫星的径向分布和质量密度轮廓，或“太大而不能失败"的问题。“我还讨论了如何进一步精确测定候选无菌中微子暗物质的详细性质，可以探测夸克-强子跃迁的性质，这发生在暗物质生产过程中。
2014-03-31 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
KeV Warm Dark Matter and Composite Neutrinos
基本keV惰性狄拉克中微子可以是复合中微子方案的天然成分。对于某种复合中微子理论，这些惰性中微子自然具有适当的混合角，可以共振产生温暖的暗物质（WDM）。或者，我们表明，这些不育中微子可以WDM产生的熵稀释热冻结出，与必要的熵产生所产生的不平衡衰变，而是从复合中微子部门的限制，提供了足够的过冷。
2012-09-25 astro-ph.CO hep-ph
Production of keV Sterile Neutrinos in Supernovae: New Constraints and Gamma Ray Observables
我们研究了超新星中不育中微子的产生，特别关注keV-MeV质量范围，如果不育中微子要解释宇宙中的暗物质，这是最有趣的范围。专注于最简单的情况下，不育中微子只与μ子或τ中微子混合，我们认为，生产千电子伏-兆电子伏不育中微子可以强烈增强的米赫耶夫-斯米尔诺夫-沃尔芬斯坦（MSW）共振，使大量的流量预计将出现从超新星，即使真空之间的混合角活跃和不育中微子是微小的。使用能量学的论点，这产生了限制的不育中微子参数空间，达到了混合角的顺序为$\sin^2 2θ\lesssim 10^{-14}$和高达一个数量级强于X射线观测。虽然超新星极限比X射线极限遭受更大的系统不确定性，但它们也适用于早期宇宙中没有大量产生无菌中微子的情况。我们还计算了$\mathcal{O}(\text{MeV})$光子的通量，预计从超新星产生的无菌中微子的衰变，但发现它是超出了目前的观测范围，即使是附近的超新星。
2019-03-03 astro-ph.HE hep-ph
Sterile neutrino dark matter in $B-L$ extension of the standard model and galactic 511 keV line
惰性右手中微子可以自然地嵌入标准模型的低标度规范$U(1)_{B-L}$扩展中。我们表明，在一个低再热的情况下，这样的中微子是一个有趣的候选人的暗物质。我们强调，如果中微子的质量是兆电子伏的顺序，那么它占测得的暗物质遗迹密度，也容纳了观测到的流量511千电子伏的光子从银河系隆起。
2008-12-22 astro-ph hep-ph
Supernova bound on keV-mass sterile neutrinos reexamined
为了避免超新星核心的能量损失，在m_s > 100 keV的情况下，严格限制活动-无菌中微子混合。当m_s较小时，物质效应抑制了有效混合角，但在共振能量范围内有效混合角有所增强。我们研究了ν_τ-ν_s混合的情况，其中由于ν_s超过\bar ν_s发射或反之亦然，导致ν_τ- \bar ν_τ不对称性的建立，从而降低了总的发射速率。在温暖的暗物质范围m_s < 10 keV中，混合角基本上不受约束。
2011-05-26 astro-ph.SR hep-ph
Phenomenology of $keV$ sterile neutrino in minimal extended seesaw
在最小扩展跷跷板（MES）框架下，探讨了单代$keV$尺度无菌中微子（$m_S$）作为暗物质候选者的可能性及其对无中微子双β衰变（$0νββ$）研究的影响.三个等级右手中微子被认为是解释中微子质量。我们还通过考虑最轻的RH中微子衰变为轻子和希格斯双重态的热轻子生成机制来解决重子生成问题。基于$A_4\times Z_4\times Z_3$味对称性建立了一个通用模型，用来解释中微子的正态和反层次质量分布。在$0νββ$中存在无菌质量（$m_S$）和活性-无菌混合（$θ_{S}$）时，观察到有效中微子质量的显著结果。从$0νββ$的结果给出了严格的上限上的活性无菌混合矩阵元素。为了在这个模型中确定不育中微子是暗物质，我们检验了不育中微子的衰变宽度和残余丰度，从而将不育质量（$m_S$）限制在一定的范围内。由$0νββ$和重子生成结果得到CP相和汤川耦合的约束区域。这些观察之间的相互关系也建立和讨论在这个框架内。
2020-07-06 hep-ph
Realistic sterile neutrino dark matter with keV mass does not contradict cosmological bounds
以前的无菌中微子暗物质模型与宇宙学数据的拟合假设了一种特殊的产生机制，这并不代表当前中微子振荡数据中最有动机的粒子物理模型。这些分析排除了小于8-10 keV的无菌中微子质量。在这里，我们专注于共振产生的无菌中微子。我们表明，它们的宇宙学签名可以近似的混合冷加暖暗物质（CWDM）。我们使用最近的结果LambdaCWDM模型表明，对于每个质量大于或等于2 keV，至少存在一个模型的不育中微子占的全部暗物质，并符合莱曼α和其他宇宙学数据。共振产生发生在nuMSM（标准模型的三个右手中微子的扩展）的框架内。我们检查允许的模型对应于与中微子振荡数据、重子生成和所有其他暗物质边界一致的参数值。
2008-12-17 astro-ph hep-ph
Strong limits on keV-scale galactic sterile neutrino dark matter with stray light from NuSTAR after 11 years of operation
利用NuSTAR望远镜11年杂散光数据，对银河系keV尺度惰性中微子暗物质的辐射衰变信号设定了接近理论预测下限的强限制，仅剩小片参数空间未被排除。
2024-12-27 astro-ph.HE hep-ph
Constraints on sterile neutrino models from strong gravitational lensing, Milky Way satellites, and Lyman-$α$ forest
本研究利用强引力透镜类星体等天体物理观测，推导热遗迹温暗物质与不同机制产生的惰性中微子的质量对应关系，给出四类主流惰性中微子模型的质量下限约束，为非引力相互作用极弱的暗物质候选体探测提供了最严格的实验限制。
2023-07-18 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Electron events from the scattering with solar neutrinos in the search of keV scale sterile neutrino dark matter
在以前的工作中，我们表明，keV规模的不育中微子暗物质$ν_s$是可能的$β$衰变实验中使用的放射性源，如$^3$ T或$^{106}$ Ru的检测。这个暗物质候选者的信号是中微子捕获过程$ν_s + N' \to N +e^-$中产生的单能电子。这些电子的能量大于相关衰变过程$N' \to N +e^- + {\bar ν}_e$中产生的电子的最大能量。因此，信号电子事件远超过$β$衰变谱的终点，并且不被$β$衰变过程污染。另一个可能的背景是太阳中微子与目标物质中的电子散射产生的电子事件，这对探测$ν_s$暗物质是一个潜在的威胁。在这篇文章中，我们详细研究了这种可能的背景，并讨论了它的含义，以检测千电子伏规模的不育中微子暗物质。特别地，在散射过程中，当最终电子的动能与结合能为同一数量级时，考虑了Ru原子中电子的束缚态特征.
2013-11-24 hep-ex hep-ph
keV sterile neutrino Dark Matter
综述了keV无菌中微子暗物质的研究现状。在简短的介绍之后，我们开始对暗物质的非热产生进行一般性的讨论，这适用于在宇宙中产生无菌中微子暗物质的三种最常见的讨论机制：非共振，共振和衰变产生。每种情况下的主要目标都是计算动量分布函数$f(p,t)$，它包含了所考虑的暗物质设置的全部信息，至少在涉及其宇宙学方面。虽然这个量的实际计算存在一些困难，但从宇宙结构形成中获得界限是决定性的，这是区分不同类型生产的最关键的界限。我们将介绍这些界限，我们把得到的限制到一个适当的上下文中，从而说明了大量的相关参数空间是可用的，其中一部分是可测试的，特别是莱曼- $α$数据。
2017-02-27 astro-ph.CO hep-ph
Towards Testing Sterile Neutrino Dark Matter with Spectrum-Roentgen-Gamma Mission
我们研究了SRG任务在寻找keV量级质量的无菌中微子暗物质辐射衰变为活性中微子和光子的前景。正在进行的SRG空间天文台全天空X射线勘测，利用ART-XC和eROSITA望远镜获取的数据，可以提供充分探索暗物质无菌中微子共振产生机制的可能性，该机制利用了轻子的不对称性。原始等离子体与大爆炸核合成的宇宙学极限一致。特别是，它表明，在为期四年的全天巡天结束时，eROSITA望远镜的灵敏度附近的3.5千电子伏线信号之前报告可以与XMM-牛顿与所有收集的数据，这将使一个进行另一个独立的研究可能的不育中微子衰变信号在这一领域。在低于$\approx2.4$ keV的能量范围内，对模型参数的预期约束可以显著强于用XMM-牛顿获得的约束。从ART-XC的数据，在能量范围约从5至20 keV，它可以得到更严格的约束比那些获得NuSTAR到目前为止。我们的结论是，SRG任务在测试不育中微子暗物质假设方面具有很高的潜力。
2021-03-22 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Radiative decay of keV-mass sterile neutrinos in a strongly magnetized plasma
研究了典型质量为10 keV的无菌中微子在强磁场和简并等离子体中的辐射衰变。充分考虑了相对于真空的强修正的光子色散关系。分析了相对论和非相对论等离子体的极限情况。在强磁化等离子体的衰减率作为电子数密度的函数进行了比较与非磁化的情况下。我们发现强磁场抑制了等离子体对衰变速率的催化作用。
2015-01-07 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
Non-Detection of X-Ray Emission From Sterile Neutrinos in Stacked Galaxy Spectra
我们进行了一个全面的搜索X射线发射线从不育中微子暗物质，最近声称的不明发射线的叠加X射线光谱的星系团和银河系和M31的中心。由于声称的发射线位于3.5 keV左右，我们专注于星系和星系群（掩盖了中心区域），因为这些物体发出的辐射非常少，高于$\sim 2$ keV，并提供了一个干净的背景，以检测发射线。我们开发了一种形式主义，最大限度地提高信号噪声衰减的暗物质发射线的加权每个X射线事件根据预期的暗物质配置文件。总共，我们检查81和89星系钱德拉和XMM-牛顿分别，总计15.0和14.6毫秒的积分时间。我们没有发现任何发射谱线的重要证据，这对质量在4.8-12.4 keV之间的不育中微子的混合角有很强的限制。特别是，如果Bulbul等人（2014）的3.57 keV特征是由于7.1 keV无菌中微子发射造成的，我们将在我们的两个样本中的$4.4σ$和$11.8σ$处检测到它。系统不确定性的最保守估计将这些约束减少到$4.4σ$和7.8 $σ$，或者让线能量在3.50和3.60 keV之间变化将这些约束分别减少到$2.7σ$和$11.0σ$。与以前的限制，我们的测量不依赖于模型的X射线背景或假设的对数斜率的中心的暗物质配置文件。
2015-07-10 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Synergy Between Hubble Tension Motivated Self-Interacting Neutrino and KeV-Sterile Neutrino Dark Matter
本文研究哈勃张力解所需的中微子自相互作用与KeV惰性中微子暗物质产生机制之间的协同参数空间，发现大量同时满足两者且不受X射线约束的区域，并在O(10) TeV超对称破缺框架中自然实现相关参数。
2023-01-29 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Reviving keV sterile Neutrino Dark Matter
我们提出了一种新的产生keV无菌中微子暗物质的机制，它既不依赖于无菌和活性中微子之间的振荡，也不依赖于额外的重粒子的衰变。相反，暗物质中微子是由热冻结产生的，很像一个典型的WIMP。挑战在于平衡一个大的汤川耦合，使一方面在早期宇宙中的不育中微子热化，和一个足够小的汤川耦合，使它们在宇宙学尺度上是稳定的。我们通过实现不同的汤川耦合来解决这个问题。我们实现这一点，通过使用一个三无菌中微子跷跷板扩展SM和嵌入到一个Froggatt-Nielsen模型与一个单一的黄酮。由于在电弱相变过程中黄子的vev发生了变化，费米子的有效汤川耦合在相变前后具有不同的值，从而允许成功的暗物质起源。此外，层次结构的味道减轻和轻中微子质量的起源解释的相互作用的跷跷板和Froggatt-Nielsen机制。
2022-10-31 hep-ph
Dark matter in galaxies: the dark matter particle mass is about 7 keV
暖暗物质（WDM）是指在keV尺度上质量为m的DM粒子。对于大尺度，（超过~ 100 kpc的结构）WDM和CDM产生相同的结果，与观测一致。对于中间尺度，WDM给出了正确的子结构丰度。在星系核心内部，低于~ 100 pc，N体WDM经典物理模拟是不正确的，因为在这样的尺度下量子WDM效应是重要的。WDM量子计算（M-Fermi方法）提供了与观测一致的星系核，星系质量，速度色散和密度分布。对于一个在热平衡（热遗迹）解耦的暗物质粒子，所有的证据都指向一个2 keV的粒子。值得注意的是，当无菌中微子质量约为7 keV时，无菌中微子从热平衡中解耦出来，其原始功率谱类似于2 keV的热遗迹。因此，WDM可以由7 keV的不育中微子形成。令人兴奋的是，Bulbul等人（2014）宣布探测到了一条簇X射线发射线，它可能对应于7.1 keV无菌中微子的衰变，中微子衰变混合角为\sin^2 2 θ~ 7 10^{-11}。这是支持无菌中微子WDM的进一步论据。重子在星系中占DM的10%或更少，预计将对纯WDM结果进行校正。DM粒子的探测依赖于粒子物理模型。在氚和铼的β衰变和霍尔米恩的电子俘获中可以检测到keV量级质量的不育中微子（主要的WDM候选者）。无菌中微子衰变为X射线可以通过观测DM支配的星系和黑体CMB谱的畸变来检测。到目前为止，没有一个有效的反对水资源需求管理的意见。
2014-11-11 astro-ph.CO hep-ph
Improved Limits on Sterile Neutrino Dark Matter using Full-Sky Fermi Gamma-Ray Burst Monitor Data
一个~keV质量的无菌中微子是一个很好的暗物质候选者。它的衰变产生的X射线线为X射线望远镜提供了一个独特的目标。我们首次使用费米伽马射线太空望远镜上的伽马射线暴监测器（GBM）来寻找无菌中微子衰变线;我们的分析覆盖了能量范围10-25 keV（无菌中微子质量20-50 keV），这是Chandra，Suzaku，XMM-Newton和INTEGRAL等X射线和伽马射线卫星无法到达的。GBM极宽的视野使银河系暗物质晕的很大一部分能够被探测。经过仔细的数据切割，我们获得了约53天的全天观测数据。我们观察到朝向银河系中心的光子过多，正如天体物理发射所预期的那样。我们在能谱中寻找无菌中微子衰变线，没有发现明显的信号。由此，我们得到了不育中微子混合角的上限作为质量的函数。在无菌中微子质量范围25-40千电子伏，我们提高了以前的上限约一个数量级。更好地了解探测器和天体物理背景，以及探测器的响应，将进一步提高与GBM搜索的灵敏度。
2015-08-06 astro-ph.CO hep-ph
Atomic ionization by sterile-to-active neutrino conversion and constraints on dark matter sterile neutrinos with germanium detectors
无菌中微子到有菌中微子的转变过程中的磁矩跃迁不仅引起了无菌中微子的辐射衰变，而且引起了它与物质的非标准相互作用。对于作为暗物质候选者的keV质量的无菌中微子，它们的衰变信号在宇宙X射线谱中被积极地寻找。在这项工作中，我们认为NSI导致原子电离，这可以通过直接暗物质实验检测。结果表明，在非相对论性惰性中微子的非弹性散射过程中，在能量转移到其质量的一半时，微分截面有明显的增强，在实验上表现为可测能谱中的峰。当无菌中微子变成相对论性中微子时，增强效应逐渐消失。利用在keV和sub-keV范围内具有精细能量分辨率的锗探测器获得的数据，导出了对不育中微子质量及其跃迁磁矩的约束，并与天体物理观测结果进行了比较。
2016-01-27 hep-ex hep-ph nucl-ex
Induced resonance makes light sterile neutrino Dark Matter cool
我们描述了由质量为${\cal O}(1)$ keV的无菌中微子组成的暗物质的两种新产生机制。该模型包含一个光标量场，它在早期宇宙中相干振荡，并调制不育中微子的马约拉纳质量。在模型参数空间的一个区域内，活跃中微子和惰性中微子之间的振荡被共振增强。这种机制使我们能够产生与活跃中微子具有小混合角的不育中微子DM，从而避开X射线的限制。与此同时，所产生的DM的光谱比等离子体中的普通振荡的情况下冷得多，从而打开了较低质量DM的窗口，否则这将被结构形成考虑所禁止。在模型参数空间的其他区域，共振不出现，另一种机制可以运作：大的场抑制活性-无菌振荡，但当有效费米子质量过零时，振荡的标量场产生无菌中微子。在这种情况下，DM组件是冷的，甚至1 keV的中微子是符合宇宙结构的形成。
2019-04-21 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
On the keV sterile neutrino search in electron capture
低温微量热（CM）和高精度潘宁阱质谱（PT-MS）联合研究原子轨道电子俘获（EC）可以揭示质量为0.5 - 100 keV的重无菌中微子的可能存在。在原子轨道电子被原子核捕获后，不育中微子会扰动CM测量的原子去激发光谱的形状。这种效应应该可以从不同轨道的捕获概率的比值中观察到。比值对无菌中微子贡献的灵敏度强烈依赖于EC跃迁的母核和子核之间的质量差的精确度，例如，在某种化学元素的不同同位素中的这种概率比的比较允许人们排除许多系统的不确定性，从而可以在低于1%的水平上确定无菌中微子的贡献。几个电子捕获过渡适合这样的测量进行了讨论。
2014-02-18 hep-ph
Impact of ADC non-linearities on the sensitivity to sterile keV neutrinos with a KATRIN-like experiment
ADC的非线性是一个主要的系统效应，在寻找keV级的无菌中微子与氚$β$衰变实验，如KATRIN。它们可以显著地扭曲光谱形状，从而掩盖了无菌中微子的微小扭结状特征。在这项工作中，我们展示了各种缓解技术，以减少对氚$β$衰减光谱的影响，以$<$ ppm的水平的ADC非线性。使用全波形数字化的多像素（$\geq10^4$像素）检测器可获得最佳结果。在这种情况下，从ADC非线性的角度来看，可以获得$\sin^2 θ= 10^{-7}$量级的活性-无菌混合角。对于纯峰值检测ADC，通过高度线性ADC、充分的非线性校正或将像素数量增加到$\geq 10^5$，可以达到相当的灵敏度。
2016-08-10 hep-ph physics.ins-det
Soft L_e-L_mu-L_tau flavour symmetry breaking and sterile neutrino keV Dark Matter
我们讨论了如何$L_e-L_μ-L_τ$味对称性，软破导致千电子伏不育中微子，这是一个主要的候选人温暖的暗物质。据我们所知，这是第一个将味对称性同时应用于活性中微子和无菌中微子的模型，同时解释了活性中微子的性质和这种奇特的暗物质场景。关键的一点是，不同尺度的对称性破缺和质量矩阵中的对称性保持项导致一个右手中微子，它几乎是无质量的相比，其他两个。此外，我们自然地预测消失的$θ_{13}$和最大的$θ_{23}$，而正确的值$θ_{12}$必须来自带电轻子的混合。我们还可以预测轻中微子的精确质谱，这将在不久的将来得到验证。
2010-11-22 hep-ph
Subdominant Dark Matter sterile neutrino resonant production in the light of Planck
很少有独立探测到能量为$\sim$ 3.5 keV的弱X射线线的报道。如果这个信号将被证实是质量为~7.1 keV的衰变DM无菌中微子的签名，那么宇宙学观测值应该与它的性质一致。本文耦合处理了无菌中微子共振产生方案中的弱退耦、原始核合成和光子退耦阶段，包括通过N_eff的额外辐射能量密度。我们计算的辐射和物质扰动，包括在膨胀的宇宙中的活性-无菌味转换的全共振扫描解决方案。我们证明了宇宙学测量与次主导DM不育中微子共振产生符合，参数如下（95 CL时的误差）：无菌中微子质量6.08 \pm 3.22 keV，混合角\sin^2 2 θ< 5.61 x 10^{-10}，每味轻子数L_4 = 1.23 \pm 0.04，无菌中微子质量分数f_v < 0.078。我们的结果与文献[62]中从线性大尺度结构约束中推导出的产生全暗物质密度的无菌中微子共振产生参数符合得很好。
2015-08-23 astro-ph.CO hep-ph
keV Sterile Neutrino Dark Matter and Low Scale Leptogenesis
我们考虑一个简单的扩展的标准模型一致地解释观测到的银河X射线谱在3.55千电子伏和轻中微子质量随着重子不对称的宇宙的峰值。重子的不对称性是通过轻子生成产生的，轻子的不对称性是由TeV质量的重中微子衰变产生的。在模型中引入的额外单重态费米子可以被确定为质量为7.1 keV的暗物质候选者。它以比宇宙年龄大得多的寿命衰变，产生一个末态光子。额外的单线态中微子和一个较重的右手中微子之间的汤川相互作用在同时实现低尺度leptogenesis和遗迹密度的keV的暗物质候选人发挥了至关重要的作用。
2014-12-26 hep-ph
Sterile neutrinos and right-handed currents in KATRIN
Kurie图实验允许中微子质量测量的基础上运动学在一个几乎模型独立的方式。未来的氚基KATRIN实验可能对质量低于18 keV的轻无菌中微子敏感，这是暖暗物质的主要候选者之一。在这里，我们认为这样的keV中微子在左-右对称的扩展，即耦合到右手电流，这允许一个增强的贡献β衰变，即使是小的活动-无菌混合，而不违反天体物理X射线的约束。修改后的光谱形状是在原则上区别于标准的贡献-特别是对于无菌中微子质量低于9千电子伏，这可能会导致一个独特的峰。我们比较了LHC和无中微子双β衰变对约束的敏感性。
2014-07-17 hep-ex hep-ph nucl-ex
Dark matter motivated sterile neutrino contribution to neutrinoless double beta decay
National Institute of Technology Rourkela（印度技术学院鲁尔克拉分校）
研究keV尺度惰性中微子对中微子无中微子双β衰变半衰期的有效质量影响，揭示其对正常和倒置质量层级的修改作用。
2026-01-28 hep-ph
Large neutrino mass in cosmology and keV sterile neutrino dark matter from a dark sector
该研究提出扩展跷跷板模型，通过暗扇区U(1)规范相互作用使暗物质与标准模型微中子热平衡，抑制活跃中微子丰度，从而调和宇宙学中微子质量与暗物质问题，并预言有效中微子种类数微增，可被未来CMB任务探测。
2025-04-19 astro-ph.CO hep-ph
Phenomenology of keV scale sterile neutrino dark matter with $S_{4}$ flavor symmetry
我们研究了在反跷跷板框架下同时解决中微子现象学和暗物质的可能性。该模型是标准模型的扩展，通过增加两个右手中微子和三个不育费米子，导致一个轻不育态的质量在keV范围内，随着三个轻活性中微子状态。最轻的无菌中微子可以解释一个可行的暗物质（DM）候选者。我们提出了一个$S_{4}$味对称模型，它进一步增加了$Z_{4}\times Z_{3}$对称性，以约束汤川拉格朗日。在$S_{4}$框架下，逆跷跷板中所涉及的质量矩阵的结构自然会产生具有非零反应堆混合角$ θ_{13}$的正确中微子质量矩阵。在这个框架下，我们进行了详细的数值分析，无论是正常的层次，以及倒置的层次，以获得暗物质质量和DM活跃的混合，这是考虑不育中微子作为一个可行的暗物质候选人的关键因素。我们约束的参数空间的模型从最新的宇宙学界的质量的暗物质和DM活跃的混合。
2019-12-19 hep-ph
Galaxy Formation in Sterile Neutrino Dark Matter Models
我们研究了由无菌中微子构成的暗物质模型中的星系形成。由于其大的参数空间，定义的组合无菌中微子质量$m_ν$和混合参数$\sin^2(2θ)$与活跃的中微子，我们专注于模型与$m_ν=7$千电子伏，符合暂定3.5千电子伏线检测到的几个X射线光谱的集群和星系。我们认为i）两个共振生产模型与$\sin^2(2θ)=5\,10^{-11}$和$\sin^2(2θ)=2\,10^{-10}$，以涵盖的范围内的混合参数与3.5 keV线一致; ii）两个标量衰变模型，代表两种可能的情况下表征这样的情况：冻结和冻结的情况。我们也考虑热暖暗物质与粒子质量$m_X=3$ keV。使用半分析模型，我们比较了不同的DM方案的预测与广泛的观测。我们发现，比较预测的恒星质量函数的演变，丰富的银河系的卫星星系，和全球的恒星形成历史的星系与观测不允许解开的重子物理的影响，从那些相关的不同DM模型。另一方面，恒星晕质量比的分布，在$z\gtrsim 6$的紫外光度函数中暗星系的丰度，以及特定的恒星形成和年龄分布的本地，低质量星系构成潜在的探针所考虑的DM方案。我们将讨论如何与即将到来的设施的下一个观测将能够排除或强烈支持DM模型的基础上不育中微子。
2018-01-31 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
