Relic neutrino decoupling with flavour oscillations revisited
本文研究了早期宇宙中中微子在三味振荡下的退耦过程。通过求解中微子密度矩阵的动量相关动力学方程，首次得到了中微子谱的演化，其中包括了对角和非对角元素的碰撞积分。这种改进的计算修改了中微子密度矩阵的非对角元素的演化，改变了冻结中微子谱偏离平衡态的情况。然而，它不会改变中微子对宇宙学能量密度的贡献，通常以中微子的有效数N_eff表示。我们发现N_eff=3.045，与以前的理论计算和普朗克数据的最新分析相一致。这个结果不依赖于中微子质量的排序。我们还考虑了非标准中微子-电子相互作用（NSI）的影响，在许多理论模型中预测中微子获得质量。对于目前数据允许的两组NSI参数，我们发现N_eff可以降低到3.040或提高到3.059。
2016-06-22 astro-ph.CO hep-ph
Accurate estimate of the relic density and the kinetic decoupling in non-thermal dark matter models
非热暗物质的产生是热WIMP暗物质的标准范例的一个有吸引力的替代方案。我们重新考虑非热生产机制，在一个系统的方式，并制定了一个数值代码精确计算的暗物质遗迹密度。我们讨论了在特定的情况下，长寿的大质量状态衰减成暗物质粒子，自然出现在几个超越标准模型理论，如超引力和超弦框架。由于非热生产有利于暗物质候选人与大对湮灭率，我们分析了可能的连接与异常检测到的轻子宇宙射线通量的帕梅拉和费米。集中在超对称模型，我们认为这些非标准的宇宙学在选择一个首选的质量尺度最轻的超对称粒子作为暗物质候选人的影响，以及随之而来的影响，在LHC发现或排除的新物理的解释。最后，我们研究了一个相当有预测性的模型，G2-MSSM，调查一些标准的假设通常实施的解决方案中的玻尔兹曼方程的暗物质组件，包括共湮灭。我们质疑的假设，动力学平衡举行沿整个阶段的暗物质的产生，和因式分解的有效性通常实施重写耦合玻尔兹曼方程的系统为每个共湮灭的物种作为一个单一的方程的总和的所有数密度。作为一个副产品，我们在这里开发的形式主义，以计算的动力学解耦温度的情况下，coannihilating粒子，这也可以应用于其他粒子物理框架，也可以在一个标准的宇宙学的标准热遗迹。
2011-04-20 astro-ph.CO hep-ph
Thermal abundance of non-relativistic relics with Sommerfeld enhancement
我们提出了一个分析处理计算的遗迹丰度的非相对论性粒子的湮灭率在化学去耦索末菲增强增加。我们发现近似合理的功能，密切配合索末菲增强截面的无质量限制的S-和P-波湮灭的力载体的热平均。我们证明，与近似的热平均截面的实施，标准的分析方法，最终的遗物丰度提供的准确性在1%以内，即使是索末菲增强的情况下。
2011-08-03 astro-ph.CO hep-ph
The Thermal Abundance of Semi-Relativistic Relics
玻尔兹曼方程的近似解析解的粒子，无论是极端的相对论性或非相对论性时，他们从热浴解耦是公认的。然而，还没有已知的半相对论性退耦粒子的残余密度的解析公式。本文提出了一种新的湮没截面热平均值的计算方法，并找到了一种计算其残余密度的半解析方法。作为例子，我们考虑马约拉纳和狄拉克型中微子。我们表明，这样的半相对论遗迹不能很好的冷暗物质的候选人。然而，亚稳定的半相对论性遗迹的晚期衰变可能释放了大量的熵，从而稀释了其他不需要的遗迹的密度。
2009-08-11 astro-ph.CO hep-ph
A Fourth Exception in the Calculation of Relic Abundances
我们认为，暗物质丰度是由非弹性散射的退耦而不是湮灭决定的。如果暗物质从热浴中散射到质量相当的状态，这种共散射机制通常就会实现。共散射指向比弱标度指数轻的暗物质，并且具有抑制的湮灭率，避免了间接检测的严格限制。暗物质向上散射到一些状态，这些状态的晚期衰变会导致宇宙微波背景的黑体光谱发生可观测到的扭曲。
2017-12-16 astro-ph.CO hep-ph
Dilaton dominance in the early Universe dilutes Dark Matter relic abundances
暗子场的作用及其与物质的耦合可能导致暗物质（DM）遗迹密度的稀释。这与经典的场景形成对比，在经典的场景中，由于膨胀率的修改，遗迹密度增加，因为宇宙在DM去耦时不是辐射主导的。此外，膨胀子场还通过与尘埃的耦合作用影响遗迹密度，使遗迹丰度降低。因此，两个独立的机制相互竞争，导致，在一般情况下，减少的遗迹密度。如果直接暗物质实验指向小的中性伴子-核子截面，这意味着小的中性伴子湮灭率和大的遗迹密度，至少在流行的超对称场景中，这个特征可能是受欢迎的，可以挽救这种情况。在存在稀释机制的情况下，可以满足两个实验约束。在非临界弦论的背景下，已经研究了介子在这种机制中的作用，但在这项工作中，我们遵循一个相当普遍的方法，假设介子只在大爆炸核合成之前的早期时代占主导地位。
2011-04-30 astro-ph.CO hep-ph
Thermal Relic Targets with Exponentially Small Couplings
如果暗物质是在早期宇宙中通过湮灭与已知粒子的解耦而产生的，那么它的耦合大小就有了一个明确的实验目标。我们表明，如果暗物质产生的非弹性散射对一个较轻的粒子从热浴，那么它的耦合可以指数小于耦合所需的生产从湮灭。作为一个应用，我们证明了暗物质对电子的非弹性散射产生的直接探测和固定目标实验提供了新的热遗迹目标。
2019-06-21 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Dark matter relic density in scalar-tensor gravity revisited
我们重新计算的暗物质遗迹丰度标量张量引力使用通用形式$A(φ_*) = e^{βφ_*^2/2}$的标量场$φ_*$和度量之间的耦合，详细的大爆炸核合成约束。我们发现，BBN约束限制修改后的膨胀率在这些模型中几乎退化的标准膨胀历史时的暗物质去耦。在这种情况下，暗物质遗迹密度的最大增强水平被发现是$\sim 3$的一个因子，比以前的研究中发现的低几个数量级。
2015-10-19 astro-ph.CO
DRAKE: Dark matter Relic Abundance beyond Kinetic Equilibrium
我们介绍德雷克，一个数值精度工具预测的暗物质遗迹丰度也在冻结过程中的动力学平衡的标准假设的情况下，可能不会得到满足。德雷克配备了一套三个专用的玻尔兹曼方程求解器，分别实现了传统上采用的暗物质数密度方程，耦合数密度和速度色散演化的类流体方程，以及相空间分布的完整数值演化。我们回顾这些方法的一般动机，并举例说明，突出三个具体类别的模型，动力学和化学解耦交织在一起的方式，定量影响的遗迹密度：i）暗物质湮灭通过一个狭窄的共振，ii）Sommercant-enhanced湮灭和iii）“禁止”湮灭的最终状态是运动学上无法进入的阈值。我们讨论了所有这些情况下的一些细节，表明普遍采用的，传统的治疗方法可能会导致在估计的遗物密度是错误的高达一个数量级。公开发布的德雷克，以及如何计算混凝土模型中的遗迹密度的几个例子，提供在drake.hepforge.org
2021-08-04 astro-ph.CO hep-ph
Effects of primordial fluctuations on relic neutrino simulations
本研究利用N-1-body模拟框架，发现初始条件中的原初涨落对宇宙中微子背景（C$ν$B）的丰度和各向异性影响显著，其效果与纳入大尺度结构相当，对未来PTOLEMY等观测数据的解释至关重要。
2024-11-13 astro-ph.CO hep-ph
Relic density and CMB constraints on dark matter annihilation with Sommerfeld enhancement
我们计算了暗物质粒子的遗迹密度是如何改变的，当它们的湮灭是由索末菲机制增强由于汤川相互作用的湮灭粒子。保持暗物质丰度与目前的观测范围一致，需要标准化的s-波湮灭截面相比，没有增强模型减少。抑制的水平取决于颗粒模型的具体参数，动力学解耦温度具有最大的影响。我们发现，截面可以减少多达一个数量级的极端情况下。我们还计算了这种Sommercury增强湮灭的能量注入所引起的CMB能谱的μ型畸变。我们的结果表明，在共振附近，与束缚态，扭曲可以足够大，以排除由COBE/FIRAS实验发现的上限|mu| <9.0 × 10 ^（-5）。
2010-03-04 astro-ph.CO hep-ph
From direct detection to relic abundance: the case of proton-philic spin-dependent inelastic Dark Matter
我们讨论的策略，使推断的热遗迹丰度的弱相互作用大质量粒子（WIMP）时，相同的有效的六维算子，解释了实验过量的直接检测假设驱动去耦冻结，并将其应用到亲质子自旋依赖非弹性暗物质（PSIDM）的情况下，一个唯象的设置包含两个状态$χ_1$和$χ_2$与$m_{χ_2}>m_{χ_1}$，我们已经表明在以前的文件中解释DAMA效应符合其他检测器的约束。我们更新pSIDM的实验约束，扩展分析到最一般的自旋相关的动量相关的相互作用允许的非相对论性有效场论（EFT），并考虑在我们的银河系中的WIMP速度分布的一个halo独立的方法和一个标准的麦克斯韦。利用直接探测数据确定模型参数计算遗迹丰度的问题受到$f(v)$的强烈敏感性和WIMP局域密度与WIMP-核子散射截面之间的简并性的影响。因此，DM直接探测实验对EFT的物理截止尺度不直接敏感，而是对不依赖于遗迹丰度的实际值的某些维度组合敏感。然而，这种简并性可以用来发展一个一致性测试的可能性，即WIMP是一个热遗迹摆在首位。当我们把它应用到pSIDM的情况下，我们发现，只有一个WIMP与夸克的标准自旋相关的相互作用${\cal O}_{spin}$可以是一个热遗迹，银河系的速度分布，从麦克斯韦。然而，所有的$χ_2$状态今天必须已经衰减，这需要除了由${\cal O}_{spin}$操作符提供的机制之外的一些附加机制。
2017-04-24 astro-ph.CO hep-ph
A review of neutrino decoupling from the early universe to the current universe
本文综述了早期宇宙中残余中微子与电子、正电子和中微子相互作用所引起的光谱畸变。我们求解了中微子密度矩阵的积分-微分动力学方程，包括真空三味中微子振荡、电子和正电子背景振荡、碰撞项以及对电子质量和电磁等离子体的有限温度修正，直到次领先阶$\mathcal{O}(e^3)$。在此基础上，我们估计了中微子退耦过程中的光谱畸变对当前宇宙中宇宙中微子本底（C $ν$ B）的数密度和能量密度的影响，并讨论了这些影响对直接探测C $ν$ B对氚的俘获率的影响，重点讨论了PIMMY型实验。此外，我们还得到了中微子有效数$N_{\rm eff}=3.044$的精确值。然而，QED对弱相互作用率的修正在$\mathcal{O}(e^2 G_F^2)$量级和中微子通过自相互作用的前向散射在整个文献中还没有得到精确的考虑。最近的研究表明，这些忽略可能会导致$N_{\rm eff}$中$\pm(10^{-3} - 10^{-4})$的不确定性。
2022-11-02 astro-ph.CO hep-ph
Asymmetric dark matter annihilation as a test of non-standard cosmologies
我们表明，如果化学退耦发生在非标准大爆炸前核合成宇宙相和标准辐射主导相之间，那么非对称暗物质少数成分的遗迹丰度可能对宇宙的膨胀率以及非标准大爆炸前核合成宇宙相和标准辐射主导相之间的转变温度非常敏感。在此转变之前发生。特别是，由于非对称暗物质的湮灭截面通常大于标准宇宙学中对称暗物质的湮灭截面，因此非标准宇宙学中少数组分相对于多数组分的遗迹密度的降低可以通过湮灭截面的增加来补偿，因此与普遍认为的相反，可能比标准宇宙学中对称的暗物质的大。
2014-02-10 astro-ph.CO hep-ph
Thermal decoupling and the smallest subhalo mass in dark matter models with Sommerfeld-enhanced annihilation rates
我们认为暗物质组成的弱相互作用的大质量粒子（WIMPs），并详细回顾其在早期宇宙中的热演化，特别关注的模型，湮灭率增强的索末菲效应。在化学解耦或冻结之后，暗物质不再湮灭，但由于与更丰富的标准模型粒子的散射事件，仍然保持在局部热平衡。在动力学退耦过程中，甚至这些过程也不再有效，这最终为物质密度波动的小尺度截止设定了尺度。之后，WIMP温度下降得比热浴温度更快，如果横截面被索末菲效应增强，这将导致暗物质重新进入湮灭时代。在这里，我们给出了这些影响的详细和自洽的描述。作为一个应用程序，我们认为在文献中讨论过的简单的亲轻子模型的现象学，并发现遗物丰度可以影响多达两个数量级或更多。我们还计算了这些模型中最小的暗物质暗晕的质量，发现它的质量在10^{-10}到10个太阳质量的范围内;如果WIMP耦合到比100 MeV轻的载流子，甚至可能有更大的截止值。我们指出，一个精确的确定的截止质量允许推断新的限制模型参数，特别是从伽马射线观测的星系团，这是高度互补的现有限制g-2或束流收集实验。
2012-06-15 astro-ph.CO hep-ph
Hunting Thermal Relics in the DESI DR1 Ly$α$ Forest
Universidade Federal do Rio Grande do Sul（南里奥格兰德联邦大学）；Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais（国家空间研究所）；University of Sheffield（谢菲尔德大学）
本研究利用DESI DR1莱曼-α森林功率谱结合CMB和BAO数据，约束额外相对论性粒子和热无菌中微子，未发现显著证据，并给出N_eff<3.41及m_s^eff<0.061 eV的严格上限。
2026-09-22 astro-ph.CO hep-ph
Sommerfeld Enhancements for Thermal Relic Dark Matter
热遗迹暗物质的湮灭截面决定了其遗迹密度和间接探测信号。我们确定有多大的间接信号可能是在场景中与萨默托增强湮灭，受约束的暗物质有正确的遗物密度。这项工作完善了我们以前的分析，通过详细的治疗共振索末菲增强和索末菲增强冻结的效果。索末菲增强提出了许多有趣的问题，在冻结计算中，我们发现，截止的共振增强，力载体的平衡，动力学解耦的温度，和效率的自我相互作用，以保持热速度分布都发挥了作用。这些效应可能会产生惊人的后果;例如，对于共振增强的索末菲湮灭，暗物质冻结出来，但随后可能发生化学重新耦合，这意味着与天真的预期相反，间接信号受到高度抑制。在最小的情况下，与标准的天体物理学假设，并调整所有参数，以最大限度地提高信号，我们发现，力载体质量m_phi = 250 MeV和暗物质质量m_X = 0.1，0.3和1 TeV，最大索末菲增强因子S_eff = 7，30和90，分别。这样的提升太小，无法解释PAMELA和费米的过度。非极小模型可能需要较小的升压，但S_eff的界限也可能更严格，并且需要专门的冻结分析。具体来说，我们专注于4亩的最终状态，但我们也讨论了4 e和其他模式，偏离标准的天体物理假设和非最小粒子物理模型，我们概述了所需的步骤，以确定这些考虑可能会导致一个自洽的解释PAMELA或费米过剩。
2010-09-28 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Asymmetric condensed dark matter
我们探讨了玻色子暗物质候选者的粒子和反粒子的数密度之间的不对称性的可行性。一个简单的热场论分析证实，在某些一般条件下，这个成分会在早期宇宙中发展出一种玻色-爱因斯坦凝聚体，在适当的模型参数下，这种凝聚体可以在随后的宇宙演化中存活到现在。与热等离子体平衡的暗物质成分的凝聚是一个相对论过程，因此由电荷不对称性决定的物质量由在去耦时冻结的热遗迹密度补充。与普通WIMP的情况相反，凝聚体中的暗物质粒子必须轻于几十eV，这样来自热遗迹的密度才不会太大。大爆炸核合成将退耦温度限制在QCD相变的尺度或更高。这需要大的暗物质与光子的比率，以及与标准模型粒子的弱相互作用。
2016-04-11 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Freeze-in and ultra-relativistic freeze-out during general reheating scenarios
New York University Abu Dhabi（纽约大学阿布扎比分校）
本文推导了非瞬时再加热时期暗物质产生的通用解析框架，统一了冻结注入、超相对论冻结和普通非相对论冻结，揭示了再加热参数对暗物质遗迹丰度的影响。
2026-06-17 astro-ph.CO hep-ph
keV Neutrino Dark Matter in a Fast Expanding Universe
本文研究了标准模型的最小$U(1)_{B-L}$规范扩展中存在keV中微子暗物质的可能性。在不考虑额外的粒子或对称性的情况下，我们认为最轻的右手中微子在keV质量范围内，这是运动学上长寿命的。由于规范相互作用，这样的keV中微子可以在早期宇宙中热产生，然后在相对论性的情况下去耦。这种keV中微子的最终剩余丰度通常会超过宇宙，需要额外的机制将其置于观测极限之下。我们提出了一个非标准的宇宙学历史的标量场$ϕ$，红移速度比辐射占主导地位的宇宙之前，辐射占主导地位的时代。我们发现，这样一个非标准的阶段可以保持丰富的热生成keV中微子暗物质内观察到的遗迹丰度。我们约束的非标准相，$U(1)_{B-L}$参数从这些要求，也简要地评论后，观测方面的keV中微子暗物质。
2018-09-10 astro-ph.CO hep-ph
WIMP-like Dark Matter Without Thermalization At Freeze-Out
University of Wisconsin, Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Wisconsin IceCube Particle Astrophysics Center (WIPAC), University of Wisconsin, Madison（威斯康星冰立方粒子天体物理中心，威斯康星大学麦迪逊分校）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）；Kavli Institute for Cosmological Physics, University of Chicago（芝加哥大学卡弗里宇宙物理学研究所）；Department of Astronomy and Astrophysics, University of Chicago（芝加哥大学天文与天体物理系）；Texas Center for Cosmology and Astroparticle Physics, Weinberg Institute for Theoretical Physics, Department of Physics, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校物理系温伯格理论物理研究所宇宙线与高能天体物理中心）
该研究探讨了在冻结时无需热化的隐藏扇区模型中，如何通过极小的耦合实现与观测相符的暗物质 relic 密度，从而推翻传统热 relic 情况下的交叉截面假设。
2026-05-19 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Saha equilibrium for metastable bound states and dark matter freeze-out
亚稳态束缚态的形成和衰变可以显着降低热遗迹暗物质密度，特别是对于TeV尺度附近和以上的暗物质质量。解释暗物质热退耦中的束缚态效应，原则上需要一组束缚态和非束缚态物质的耦合玻尔兹曼方程。然而，衰减的束缚态达到并保持在准稳态。在这里，我们证明在一般性，这减少了耦合系统成一个单一的玻尔兹曼方程的标准形式，与一个有效的横截面，描述了束缚态的形成，电离，过渡和衰变之间的相互作用。我们导出了任意数量束缚态的有效截面的封闭表达式，并证明了束缚态到束缚态的跃迁只会增加有效截面，而激发态束缚能级可能会使暗物质密度降低得比估计的更明显.我们的研究结果概括了萨哈电离平衡亚稳态的束缚态，潜在的应用超出了暗物质热去耦。
2022-08-31 astro-ph.CO hep-ph
Relic Magnetic Fields from Non-Adiabatic Photon Freeze-Out at Recombination
School of Liberal Arts and Sciences, Korea National University of Transportation（韩国交通大学通识与科学学院）
研究通过光子气体的速率依赖热力学提出新机制，解释再组合-脱耦转变中非绝热模式压缩导致残余磁场的产生，揭示其尺度选择机制。
2026-04-09 astro-ph.CO gr-qc
Dark Matter Freeze-out During Matter Domination
University of Illinois at Chicago（芝加哥伊利诺伊大学）
本文研究了在非相对论性物质主导宇宙能量密度时的暗物质冻结场景，指出物质主导期的Hubble膨胀率差异及早期物质衰变对暗密度的稀释作用，导致重现观测遗迹密度所需的质量与耦合参数与辐射主导冻结显著不同。
2017-10-15 astro-ph.CO hep-ph
Hidden Charged Dark Matter
暗物质能像电子在标准模型中那样通过电荷守恒而稳定吗？我们研究了暗物质是隐藏的可能性，即在所有标准模型规范相互作用下是中性的，但在隐藏扇区的精确U（1）规范对称性下是带电的。这些候选者在无WIMP模型中得到了预测，在超对称模型中，隐藏的暗物质具有所需的热遗迹密度，质量范围很广。隐藏的带电暗物质具有许多中性暗物质所不具有的新颖性质：（1）束缚态的形成和化学冻结后的Sommerdan增强湮灭可能会降低其残余密度，（2）类似的效应大大增强了z ~ 30红移处原晕中的暗物质湮灭，（3）隐藏光子的康普顿散射延迟了动力学解耦，抑制了小尺度结构，卢瑟福散射使这种暗物质发生自相互作用和碰撞，从而可能影响子弹星系团的性质和观测到的星系晕的形态。我们在一个无WIMP模型中分析了所有这些效应，其中隐藏扇区是最小超对称标准模型的简化版本，暗物质是隐藏扇区状态。我们发现带电隐藏的暗物质是可行的，并与正确的遗迹密度为合理的模型参数和暗物质质量在1 GeV < m_X < 10 TeV的范围内。同时，在优选的参数范围内，该模型预测了小星系的暗物质晕中的核心以及未来观测可能达到的其他晕属性。因此，这些模型提供了一个可行的和动机良好的框架碰撞暗物质与索末菲增强，与天体物理学和暗物质搜索的新的影响。
2009-06-11 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological implications of a Dark Matter self-interaction energy density
我们调查宇宙学约束的能量密度贡献的弹性暗物质自相互作用的质量的交换粒子和耦合常数。由于在罗伯逊-沃克度规的膨胀行为，我们调查的自我相互作用的暗物质是温暖的热文物的情况下。暗物质自相互作用能量密度的标度行为表明，它可能是（仅）在非常早期的宇宙中的主要贡献。因此，它对原始核合成的影响被用来限制相互作用的强度，我们发现它至少与强相互作用一样强。此外，我们探讨了自相互作用主导的宇宙中的暗物质解耦，这是做了自相互作用的温暖的暗物质以及碰撞冷暗物质在两个组件的情况下。我们发现，强暗物质自相互作用与自相互作用暗物质与重子物质之间的超弱非弹性相互作用并不矛盾，无碰撞冷暗物质退耦的自然尺度超过了弱尺度，并线性依赖于粒子质量.最后，结构形成分析揭示了一个线性增长的解决方案，在自相互作用的优势，但是，只有非宇宙尺度增强。
2010-06-16 astro-ph.CO hep-ph
Big Bang Nucleosynthesis
随着早期宇宙的膨胀和冷却，使中微子与物质保持热平衡的弱相互作用的速率以及使中子和质子相互转换的相关反应的速率降低。最终，这些速率低于膨胀速率--它们冻结了。同样地，强和电磁核反应的速度虽然快到足以在早期维持平衡，但会减慢并最终导致冻结。这些冻结过程共同组成了大爆炸核合成（BBN）的时代。早期出现的遗迹包括轻元素丰度，例如氦和氘，以及退耦中微子的背景，“C $ν$ B”，大致类似于宇宙微波背景，CMB。这些化石遗迹编码了早期宇宙中物理学运行的历史。因此，BBN已经成为约束新的超越标准模型（BSM）物理的关键工具。由于大型光学望远镜和第四阶段CMB实验的出现，预计氘和氦的原始丰度测量精度会更高，BBN可能成为BSM物理学的更精细探针。后者的实验也将提供更高精度的$N_{\rm eff}$测定，它是光子退耦时期相对论能量密度的测量，因此是C $ν$ B的重要探测器。
2023-01-28 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter Freeze-out in a Matter Dominated Universe
宇宙经历了几个阶段的演变，因为它的各种成分决定了它的能量含量。候选的暗物质粒子可能在任何这样的阶段都经历过冻结。虽然在辐射主导的时代，以及最近在标量场衰变期间，标准的冻结场景已经被探索，但这项工作将暗物质冻结的研究扩展到了宇宙以物质为主且其演化绝热的潜在早期。在绝热物质占主导地位的时代，解耦改变了冻结动力学，因为哈勃速率在物质和辐射占主导地位的情况下参数不同。此外，对于成功的大爆炸核合成，控制早期宇宙能量密度的状态必须衰变，这稀释（或重新填充）了暗物质。因此，与观测到的暗物质遗迹密度相匹配的质量和耦合可能与辐射主导的冻结有很大不同。
2021-08-17 astro-ph.CO hep-ph
Dilaton dominance relaxes LHC and cosmological constraints in supersymmetric models
最近有人指出，如果宇宙在暗物质退耦时不是辐射主导的，那么早期宇宙中的介子场的存在会稀释中性伴子暗物质（DM）的丰度，这是由于它与DM的类耗散耦合。在这种情况下，两种基本机制相互竞争，修正后的哈勃膨胀率倾向于增加遗迹密度，而耗散力则倾向于降低遗迹密度，净效应可能导致预测的遗迹丰度总体上急剧下降，有时下降的数量级为O（10 ^2）左右。这个特征是相当普遍的，独立于对弦动力学的任何特定假设，假设在暴胀结束后但在大爆炸核合成（BBN）之前的早期时期，强子占主导地位。后者确保BBN不会因膨胀子的存在而被扰乱。在本文中，在这样一个场景的背景下，我们研究的约束最小超对称模型（CMSSM）的现象，考虑到所有最近的实验约束，包括那些从LHC搜索。我们发现，允许的参数空间大大扩大，包括区域超出了大型强子对撞机的范围。允许的区域是兼容的直接暗物质的搜索，因为小的中性伴子湮灭率，这是符合宇宙学数据的遗迹密度，意味着小的中性伴子核子截面低于直接暗物质实验的灵敏度。同样重要的是，新的宇宙学接受的区域与质量大于120 GeV的希格斯玻色子相容，正如LHC实验数据所表明的那样。较小的湮灭截面需要解释WMAP数据要求探测器性能的当前和计划通过伽马射线的间接DM搜索实验，应大大提高，以探测CMSSM地区。
2012-06-14 astro-ph.CO hep-ph
Messengers from the Early Universe: Cosmic Neutrinos and Other Light Relics
已知早期宇宙的热密环境产生了大量的重子、光子和中微子。这些极端条件也可能产生其他长寿的物种，包括新的轻粒子（如轴子或无菌中微子）或引力波。任何这样的光遗迹的引力效应都可以通过它们在宇宙微波背景（CMB）、大尺度结构和原始轻元素丰度中的独特印记来观察，并且在确定宇宙的初始条件方面是重要的。我们认为，未来的宇宙学观测，特别是改进的小角度尺度的CMB地图，可以更敏感的数量级探测早期宇宙的热历史比目前的实验。这些观测为暗区及更远的新物理学提供了独特而广阔的发现空间，即使其影响在地球实验或天体物理环境中不可见。探测到多余的光遗迹丰度将是新物理学的明确标志，并将提供关于宇宙在再加热和中微子退耦之间的第一个直接信息。
2019-03-12 astro-ph.CO hep-ph
On Decoupling the Integrals of Cosmological Perturbation Theory
微扰理论（PT）经常被用来模拟宇宙密度场中的平移和旋转不变信息的统计观测量。PT产生高阶校正积分的线性统计的密度场加权的内核从递归的解决方案的流体方程。这些积分很快就变成高维的，并且修正的阶数越高，就需要增加计算资源。在这里，我们展示了如何解耦的被积函数，经常产生这个问题，使PT校正计算为独立的1-D积分的乘积之和。我们的方法涉及到一个常用的方法来计算多圈费曼积分在量子场论，盖根堡多项式$x$ -空间技术（GPxT）。我们明确减少进入2-回路功率谱的三个术语，正式要求9-D积分，连续1-D径向积分的总和。这些1-D积分可以进一步作为卷积来执行，使得该方法的缩放$N_{\rm g} \log N_{\rm g}$具有用于每个快速傅立叶变换的网格点的数量$N_{\rm g}$。这种方法应该是高度使即将到来的大尺度结构红移调查，在大量的宇宙学参数组合的模型预测将需要蒙特卡洛马尔可夫链搜索的最佳拟合值。
2018-12-06 astro-ph.CO
How an era of kination impacts substructure and the dark matter annihilation rate
该研究分析kination时期暗物质密度扰动增长对小尺度功率谱、微晕丰度及湮灭率的增强作用，结合伽马射线观测给出热暗物质情形下的功率谱截断尺度与最大动能退耦温度约束。
2023-07-24 astro-ph.CO hep-ph
Comment on "Dark Matter with Pseudoscalar-Mediated Interactions Explains the DAMA Signal and the Galactic Center Excess"
Arina等人提出了狄拉克费米子暗物质与赝标量介导的相互作用来解释银河系中心过剩，正确的遗迹密度和DAMA信号。他们假设接触相互作用在计算直接检测的散射率时仍然大致有效，即使介质质量与典型的动量传递是相同的量级。我们表明，这样的替代是不合适的。采用完整形式的相互作用，我们表明，伽马射线过剩允许的参数是完全的DAMA碘3 $σ$区域之外，即使是重口味的普遍耦合，其中$m_{DM} \sim 40$ GeV的伽马射线过剩拟合。至于类希格斯耦合，这两个区域在$m_a\lesssim$ 15 MeV时重叠，在DAMA处发生的是长程相互作用，而不是接触相互作用。
2016-05-19 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Exact theory of freeze out
我们表明，热生产和化学解耦的WIMP的标准理论是不完整的。WIMP产生并与热浴解耦的假设意味着浴粒子与WIMP相互作用的速率方程是一个代数方程，其约束实际WIMP丰度具有精确的解析形式，直到温度$x_\ast=m_χ/T_\ast$。与量$Δ= Y-Y_0$的方程的稳定点重合的点$x_\ast$是达到WIMP丰度$Y$与热值$Y_0$的最大偏离的地方。对于每个质量$m_χ$和全湮灭截面$\langle σ_\text{ann}v_\text{r}\rangle$，温度$x_\ast$和实际WIMP丰度$Y(x_\ast)$是精确已知的。该值为必须在区间$x\ge x_\ast$中积分的通常微分方程提供了真实的初始条件。在$x_\ast$上两个丰度的匹配是连续的和可微的。目前残留丰度对中温丰度的依赖性是一个精确的结果。精确理论提出了一种新的解析近似，在$S$ -波和$P$ -波散射截面的情况下，在$1\%-2\%$水平上精确地计算遗迹丰度。最后，我们用非平衡态热力学的方法研究了WIMPs化学势和熵产生的演化。
2015-03-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Interplay between the Dark Matter Axion and Primordial Black Holes
如果原初黑洞（PBH）在轴子场振荡开始时已经主导了早期宇宙的能量密度，我们证明了QCD轴子的残余丰度和预期质量范围将被极大地修改。由于QCD轴子是暗物质（DM）的潜在候选者，我们称之为DM轴子。我们主要研究质量范围为$(10^6 - 5\times 10^8)\,$ g的PBH。我们研究了DM轴子的残余丰度与PBH参数空间之间的关系。我们数值求解一组玻尔兹曼方程，它支配着宇宙演化过程中的辐射和PBH主导的时代，提供了大量的早期宇宙的能量含量。我们进一步求解了DM轴子场的运动方程，得到了它目前的丰度。除了非相对论产生机制，轻QCD轴子是通过霍金机制从蒸发的PBH产生的，可以构成暗辐射（DR）的一部分。如果QCD轴子被发现，它将使我们深入了解早期宇宙，并探索PBH主导时代的物理学。我们估计的边界上的模型从DR轴子通过PBH蒸发和热去耦产生的，我们占等曲率边界的通货膨胀期间的Peccei-Quinn对称性被打破。我们评估所得结果对现有的CMB数据，我们评论的预测从引力波搜索。我们简要地陈述PBH吸积的后果和不确定性，这可能进一步增加宇宙学和天体粒子物理建模。
2023-01-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
