Comments on "First Dark Matter Results from the XENON100 Experiment"
XENON 100合作最近发布了新的暗物质限制,特别强调了它们对已知对轻质量(低于10 GeV/c^2)弱相互作用大质量粒子(WIMP)敏感的搜索的影响,如DAMA和CoGeNT。我们在这里描述了几个来源的不确定性和偏见,在他们的分析,使他们的新声称的敏感性目前站不住脚。特别是,我们指出了在这一领域的额外工作和简单的运动学参数,表明液体氙(LXe)可能是一个相对不敏感的检测介质的反冲能量(几keV_r)预期从这样的低质量WIMP。
2010-05-12 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Conversion-driven freeze-out: Dark matter genesis beyond the WIMP paradigm
我们考虑暗物质(DM)与标准模型(SM)的弱耦合,使得它的自湮灭截面远小于正则截面$\langleσv\rangle_{χχ} \ll 10^{-26}\mathrm{cm}^3/\mathrm{s}$。在这种情况下,DM自湮灭对于冻结出的动力学是可以忽略的,并且DM稀释仅由较重的伴随暗扇区粒子的有效湮灭驱动,只要DM保持与暗扇区的化学平衡。这种化学平衡是通过转换过程建立的,转换过程需要比湮灭小得多的耦合才能有效。DM与SM的化学解耦可以通过湮灭的冻结(类似于共湮灭情景)或转化过程的冻结(导致转化驱动的冻结)来启动。我们专注于后者,并讨论其独特的现象学。
2019-03-30 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter Relic Density Revisited: The Case For Early Kinetic Decoupling
暗物质的动力学解耦通常比化学冻结发生得晚得多。事实上,局部热平衡是一个重要的假设,通常的遗迹密度计算的基础上求解玻尔兹曼方程(其0阶矩)描述的暗物质数密度。但这种假设总是合理的吗?在这里,我们解决这个问题,并讨论更准确的治疗的后果。第一种处理依赖于包含的玻尔兹曼方程的高阶矩和第二个完全数值求解的相空间分布函数的演变。为了说明,这些方法被应用于标量单态模型,通常被称为最简单的WIMP DM可能性从模型构建的角度来看。研究明确表明,即使在这个简单的模型中,对暗物质丰度的预测也会受到高达一个数量级的影响。
2018-05-01 astro-ph.CO hep-ph
The WIMP capture process for dark stars in the early universe
宇宙中形成的第一批恒星可能是暗星,由暗物质湮灭而不是核聚变提供动力。最初被恒星引力聚集的暗物质的数量只能维持它有限的一段时间。有人认为,从环境中捕获额外的暗物质可以延长暗星阶段,甚至到今天。在这里,我们表明,这种捕获过程是无效的,以延长第一代暗星的寿命。我们构建了一个蒙特卡罗模拟,遵循每个弱相互作用大质量粒子(WIMP)的暗物质晕作为其轨道响应的形成和演化的暗星,因为它散射了恒星的核,并在恒星内部湮灭。在穿过恒星的轨道上,WIMP的快速耗尽导致了第一代暗恒星的消亡。我们认为,第二代暗恒星原则上可能通过捕获存活更长时间。我们评论放松我们的假设的影响。
2010-05-31 astro-ph.CO astro-ph.SR hep-ph
Equivalent Neutrinos, Light WIMPs, and the Chimera of Dark Radiation
根据传统观点,在粒子物理学和宇宙学的标准模型(SM)中,中微子的有效数量是Neff=3(更精确地说,是3.046)。在扩展的标准模型中,考虑到DeltaNnu等效中微子(或暗辐射)的存在,Neff通常大于3。这里重新考虑了规范结果,揭示了Neff>3的测量可以与DeltaNnu=0(没有暗辐射的暗辐射)一致。相反,与Neff=3一致的测量与暗辐射的存在(Δ Nnu>0)并不矛盾。特别是,如果有一个光WIMP在SM中微子退耦后湮灭为光子,光子会被加热到超过通常的e+湮灭加热,降低中微子和光子温度(和数密度)的后期时间比,导致Neff<3。这为一个或多个等效中微子(包括无菌中微子)打开了符合Neff=3的窗口。通过降低目前的中微子数密度,这允许更多质量的中微子,放松当前对中微子质量总和的限制。相比之下,如果光WIMP只耦合到SM中微子而不是光子,它的后期湮灭加热中微子而不是光子,导致Neff>3,即使在没有等效中微子或暗辐射的情况下。因此,Neff>3的测量值并不能保证存在等效的中微子或暗辐射。在存在轻WIMP和/或等效中微子的情况下,轻WIMP的质量及其性质(费米子或玻色子,以及它与中微子或光子的耦合),等效中微子的数量和性质(费米子或玻色子)以及它们的退耦温度(它们与SM粒子的相互作用强度)之间存在简并。衡量内夫的标准比我们看到的要多。
2013-03-18 astro-ph.CO hep-ph
Comments on "First Results of the Phase II SIMPLE Dark Matter Search"
SIMPLE合作组织已经报道了他们的过热C2ClF5液滴探测器的结果,包括对α衰变和核反冲之间的声学区分的描述。我们关注的是,中子校准数据中的事件和物理数据中被识别为中子的事件不是从相同的父分布中提取的。这一事实使人们对将本底事件确定为中子、使用校准数据来确定是否接受WIMP引起的核反冲以及观察到对α的区分产生了疑问。
2011-11-26 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
WIMPless Dark Matter from Non-Abelian Hidden Sectors with Anomaly-Mediated Supersymmetry Breaking
在反常介导的超对称破缺(AMSB)模型中,超伴体质量与耦合的平方成正比。因此,它们隐藏的部分自然包含无WIMP的暗物质,这些粒子的热遗迹丰度保证是正确的大小,即使它们不是弱相互作用大质量粒子(WIMP)。我们研究可行的暗物质候选人在WIMP无AMSB模型与非阿贝尔隐藏部门和突出不寻常的可能性,即使是最简单的模型中出现。在一个纯SU(N)隐藏扇区的例子中,稳定的隐藏胶子以正确的残余密度冻结,但具有极低但自然的限制尺度,为自相互作用的暗物质提供了一个框架。在另一个简单的场景中,隐藏的胶子冻结并衰变为具有正确残余密度的可见Winos,隐藏的胶球可能是稳定的,为混合的冷热暗物质提供自然框架,或者可能衰变,产生天体物理信号。最后,我们提出了一个模型与轻隐藏π介子,可以测试与非相对论自由度的数量上的改进的约束。所有这些场景都是由少量参数定义的,与规范耦合统一相一致,保留了弱尺度与观测到的暗物质遗迹密度之间的美丽联系,并且是自然的,具有相对较轻的可见超伙伴。最后,我们对未来有趣的方向发表评论。
2011-02-01 astro-ph.CO hep-ph hep-th
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
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
Uncertainties in WIMP Dark Matter Scattering Revisited
我们重新讨论了WIMP暗物质粒子在核物质上散射的自旋无关散射矩阵元计算中的不确定性。除了讨论由于我们对轻夸克标量密度< N的核子矩阵元的认识有限而引起的不确定性外,|{ \bar u} u,{ \bar d} d,{ \bar s} s| N>的情况下,我们还讨论了重夸克标量密度< N| { \bar c} c、{ \bar b} b、{ \bar t} t| N >,并评论夸克质量比的不确定性。我们分析了在过去十年中使用晶格计算和/或唯象输入的光夸克密度的估计。我们发现组合中的不确定性|{ \bar u} u + { \bar d} d| N >的范围大于某些唯象分析中所假设的范围,|{ \bar s} s| N >,这是较小的,但与早期的估计兼容。我们还分析了重夸克矩阵元的{ \cal O}(α_s^3)计算的重要性,它为自旋无关散射截面的计算提供了重要的改进。我们使用一个基准CMSSM点的焦点区域,这是兼容的LHC和其他搜索的限制。
2018-11-28 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Integrating In Dark Matter Astrophysics at Direct Detection Experiments
我们研究的MAJORANA演示器,一个无中微子双β衰变实验目前正在建设中的桑福德地下实验室,作为一个轻弱相互作用探测器的能力。对于一个接近当前实验边界的截面,MAJORANA DEMONSTRATOR应该收集到数百甚至数千个反冲事件。这为直接从数据中同时确定暗物质的物理性质及其局部速度分布提供了可能性。我们分析了这种可能性,发现允许暗物质的速度分布浮动相当大的WIMP质量测定。这一结果被追溯到以前未探索的WIMP质量和速度色散之间的简并。我们模拟光谱使用等温和通过Lactea II速度分布和评论流的可能影响。我们的结论是,暗物质的速度分布的知识将大大有助于质量和截面的光WIMP的确定。
2013-06-06 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ex
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
Comment on "On the subtleties of searching for dark matter with liquid xenon detectors"
在最近的一份手稿(arXiv:1208.5046)中,Peter Sorensen声称XENON 100对WIMP质量低于10 GeV的自旋无关WIMP-核子截面的上限“可能被低估了一个数量级或更多”。在提交我们的新结果(arXiv:1207.5988)之前进行了类似但更详细的分析,我们无法证实这些发现。我们指出了在我们的最终分析中不考虑所描述的影响的理由,并列出了他的研究中的几个潜在问题。
2012-08-28 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
Beyond WIMPs: the Quark (Anti) Nugget Dark Matter
我们回顾了一个可测试的暗物质(DM)模型的标准WIMP范式之外。该模型是独特的,在某种意义上说,观察到的可见光和暗物质密度比$Ω_{\rm dark} \simeq Ω_{\rm visible}$发现其自然的解释,作为其共同的QCD起源的结果时,这两种类型的物质(DM和可见光)的QCD过渡期间形成的系统,$Λ_{\rm QCD}$的一维参数都成比例。我们认为,在有$\cal{CP}$奇轴子场$a(x)$存在的情况下,电荷分离效应也不可避免地发生在同一QCD跃迁中.它导致优先形成的一个物种的核在可见宇宙的尺度上的轴子场$a(x)$是相干的。这种优先演化的一个自然结果是,在金块形成之后,只有一种类型的可见重子(而不是反重子)留在系统中。与传统的WIMP暗物质候选者不同,金块和反金块是强烈相互作用但宏观上很大的物体。反金块与可见物质湮灭的罕见事件导致了许多可观察到的效应。我们认为,相对强度的一些测量过剩的发射从星系中心(覆盖超过11个数量级)是由标准和完善的物理学。同时,发射的绝对强度由理论中一个新的基本参数决定,即轴子质量$10^{-6} {\rm eV} \lesssim m_a \lesssim 10^{-3}{\rm eV}$。最后,我们评论了这些研究的轴子搜索实验,包括微波腔和俄耳甫斯实验的影响。
2016-11-15 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Reflections on the direct detection of particle dark matter
LUX实验组刚刚公布了迄今为止在WIMP-核子弹性散射截面上得到的最严格的上限[1]。这一结果比之前的最佳上限低2到5倍[2],有效地排除了早期低质量WIMP探测信号的建议。这个小组所展示的实验专业知识是非常令人印象深刻的,但持续的负面结果的事实提出了一个更基本的问题,即这是否是解决暗物质问题的正确方法。在这里,我对这个问题进行评论,以我的书中关于暗物质[3]的最后一章为基础,经过一些修改和扩展。我沉思着暗物质和它的替代品,修正的牛顿动力学,或MOND。
2013-11-07 astro-ph.CO hep-ph physics.hist-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
Ultra-relativistic freeze-out: a bridge from WIMPs to FIMPs
本文重新审视了超相对论退耦(UFO)暗物质产生机制,发现在取消暴胀后瞬时再加热近似时,UFO能产生冷暗物质并解释全部遗迹密度,且作为WIMP与FIMP机制间的必要过渡桥梁。
2025-11-03 astro-ph.CO hep-ph
Numerical Evidence for Dark Star Formation: A Comment on "Weakly Interacting Massive Particle Dark Matter and First Stars: Suppression of Fragmentation in Primordial Star Formation" by Smith et al. 2012, ApJ 761, 154
这篇评论旨在表明史密斯等人的模拟(S12)支持暗星(DS)场景,甚至消除了一些潜在的障碍。我们之前的工作表明,第一平衡态DS的初始氢密度很高,对于100 GeV的WIMP,初始氢密度约为10^{17}/cm ^3,恒星半径约为2-3 AU。后来的作者不知何故错过了平衡DS具有高密度的事实。S12已经数值模拟了暗物质湮灭对形成第一颗恒星的原恒星气体云收缩的影响。结果表明,密度约为5 × 10^{14}/cm ^3,略高于湮灭加热优于冷却时的密度值。然而,它们显然无法达到我们的流体静力学DS溶液的~10^{17}/cm ^3密度。我们完全同意他们的物理结果,即气体不断坍缩到密度> 5 × 10^{14}/cm ^3,因为在平衡DS形成之前它必须坍缩。然而,我们不同意他们的论文中的一些话,这意味着DS永远不会存在。在我们看来,S12支持DS场景。他们使用下沉粒子方法来处理坍缩到比其分辨率极限更小的尺度的气体。我们认为,他们的水槽是有效的DS,或包含一个。当更多的物质落在下沉处时,就会形成一个吸积盘,DS也随之增长。S12不仅证实了我们在模拟适用范围内对DS的预测,而且通过显示暗物质湮灭阻止了坍缩气体的碎裂,解决了DS形成的潜在障碍。尽管碎裂可能会干扰暗物质远离DS,并消除其电源,相反,S12表明,进一步的下沉,如果有的话,只形成足够远的距离,使DS在其舒适的暗物质环境中不受干扰。
2013-04-28 astro-ph.CO
TASI 2012 Lectures on Astrophysical Probes of Dark Matter
早期宇宙中的暗物质是如何产生的,与我们今天如何探测到它之间有什么联系?WIMP奇迹从何而来,它真的是一个“WIMP”奇迹吗?热遗迹的质量范围是多少?<σv>从何而来,又是什么意思?化学退耦和动力学退耦有什么区别?为什么有些人认为暗物质不可能轻于40 GeV?为什么b \bar b是一个如此受欢迎的湮灭终态?为什么反物质是寻找暗物质的好方法?为什么宇宙射线正电子分数应该随着能量而下降,而为什么不呢?如何计算天体中暗物质湮灭产生的中微子通量?什么时候中微子通量与暗物质对湮灭率无关?暗物质如何产生光子?阅读这些课堂笔记,做建议的10个练习,你会找到所有这些问题的答案(以及更多你一直想知道但又不敢问的关于暗物质的问题)。
2013-01-05 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
Dynamical Tsallis WIMP Freeze-Out and Residual Memory Channels in the Radiation Sector
本文在Tsallis非广延形式下推广弱相互作用大质量粒子暗物质的冻结过程,引入动力学q参数并求解玻尔兹曼方程,计算残余非广延性对辐射扇区(特别是中微子能量密度)的影响,得到对有效中微子代数的修正并与CMB+BAO约束比较。
2026-09-10 astro-ph.CO cond-mat.stat-mech hep-ph
Right Handed Sneutrino Dark Matter in Inverse and Linear seesaw scenarios
我们考虑的超对称模型中,右手sneutrino是一个可行的WIMP暗物质的候选人。这些模型要么是最小超对称标准模型的简单扩展,要么是添加了额外U(1)群的模型。所有这些都可以通过逆机制或线性跷跷板机制解释小中微子质量。我们调查的暗物质候选人自然产生的这些情况下的属性。我们检查现象学的界限,如正确的遗物丰度,直接检测截面限制和实验室的限制的一致性。特别是,我们评论的限制,由于轻子味违反带电轻子衰变的模型空间。
2012-09-07 astro-ph.CO hep-ph
A Higgsploding Theory of Dark Matter
我们表明,希格斯爆炸机制作出预测的质量和耦合的WIMP类最小标量暗物质模型。特别是目前最受欢迎的最小值的希格斯爆炸尺度,$E_\mathrm{H}\sim 25$ TeV,意味着一个暗物质质量$m_\mathrm{DM} \sim 1.25$ TeV和一个温和的四次耦合与标准模型希格斯场$λ_\mathrm{H,DM} \sim 0.4$。参数空间中的这一点仍然被所有当前的实验边界所允许,包括直接探测(XENON),间接探测(HESS,费米,普朗克)和对撞机搜索。我们已经更新了标量暗物质边界,以反映氙和HESS实验的最新结果。我们还评论真空稳定性和暗物质自相互作用在这个模型。
2018-03-14 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
Clustering in the Phase Space of Dark Matter Haloes. II. Stable Clustering and Dark Matter Annihilation
我们提出了一个模型的粒子相空间平均密度($P^2SAD$)在星系晕的结构,最近推出的一种新的措施的集群的暗物质。我们的模型是基于相空间中的稳定聚类假设,球形塌陷模型,和潮汐破坏的子结构,这是校准对宝瓶座模拟。使用这个模型,我们可以预测的行为$P^2SAD$的数值未解决的制度,下到通用WIMP模型的去耦质量限制。这种预测可以用来估计对暗物质小尺度结构敏感的信号。例如,暗物质湮灭率可以通过一种方便的方法来估计,对于任意的速度依赖的横截面,使用物理空间中的零分离的限制$P^2SAD$。我们说明了我们的方法,通过计算全球和本地的subhalo湮灭提升到平滑的暗物质分布在银河大小的晕。两种情况下被认为是,一个截面是速度无关的,一个近似Sommercant增强模型。我们发现,全球的提升是$\sim10-30$,这是在目前的估计低端(削弱大的河外信号的预期),而在太阳半径的提升是低于百分之水平。我们公开了计算$P^2SAD$的代码,它可用于估计探测暗物质晕纳米结构的各种观测值。
2014-06-04 astro-ph.CO
Right-handed sneutrino dark matter in the NMSSM
我们研究的右手sneutrino的属性和它的可行性作为一个WIMP暗物质候选人在扩展版本的NMSSM,其中一个右手中微子超场是包括耦合到单重态希格斯,以提供非零的马约拉纳中微子质量。我们进行了系统的研究参数空间,包括LEP约束和实验界的低能量观测。我们调查的条件下,右手sneutrino有正确的遗迹丰度和占主导地位的湮灭渠道。接下来我们计算了中微子-质子弹性散射截面的理论预测,并将其与目前和未来的实验灵敏度进行了比较。我们发现,在5-200 GeV的范围内的质量的sneutrinos可以重现所观察到的暗物质遗迹密度,而不排除直接暗物质搜索和输入参数的自然值。有趣的是,预测的散射截面一般是在未来的实验范围内。最后,我们评论的对撞机物理的可能影响。
2009-03-26 astro-ph.CO hep-ph
Probing neutrino interactions and dark radiation with gravitational waves
本研究通过分析自由流辐射对引力波阻尼的调制,聚焦弱相互作用退耦后的非标准中微子相互作用及早期宇宙轻遗迹场景,结合半解析与数值方法,揭示其在宇宙微波背景B模式极化的印记及高频探测途径。
2023-10-27 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cold keV dark matter from decays and scatterings
我们探索的方法,创造冷keV尺度的暗物质的衰变和散射的手段。主要的观察结果是,某些热冻结过程可以导致冷暗物质分布在具有小的可用相空间的区域。以这种方式,keV粒子的自由流长度可以被抑制,而不会使它们与标准模型过多地解耦。在所有的情况下,暗物质都需要与一个带走大部分初始动量的重粒子一起产生。对于衰变,这只需要非对角DM耦合到两个重粒子;对于散射,软DM耦合到两个重粒子需要是对角的,特别是在自旋空间中。因此,衰变可以导致任何自旋的冷光DM,而散射只适用于具有特定耦合的玻色子。我们探索了许多简单的模型,并对与暂定3.5 keV线的连接进行了评论。
2017-07-29 astro-ph.CO hep-ph
Excluding the Light Dark Matter Window of a 331 Model Using LHC and Direct Dark Matter Detection Data
我们筛选的影响,最近的希格斯精确测量,和最近的暗物质直接检测结果,对暗扇区的电弱扩展的标准模型,有一个复杂的标量作为暗物质。我们发现,在这个模型中的希格斯衰变到暗物质粒子,带电标量时,这些都是运动学上可用的,任何耦合强度不同,从所谓的希格斯门户大分支比。此外,我们还计算了由Higgs和$Z^{\prime}$玻色子过程驱动的与丰度和自旋无关的WIMP-核子散射截面。我们果断地排除了$1-500$ ~GeV暗物质窗口,并在应用LUX-2013极限后,找到了文献中关于模型对称性破缺尺度的最严格下限,即$10$ ~TeV。有趣的是,XENON 1 T的约束将能够排除整个$1$ ~GeV- $1000$ ~GeV暗物质质量范围。最后,为了完整性,我们计算了LHC的带电标量产生截面,并评论了在当前和未来LHC运行中检测的可能性。
2014-07-14 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Reviving $Z$ and Higgs Mediated Dark Matter Models in Matter Dominated Freeze-out
本文重新审视了物质主导冻结期背景下通过 Higgs 和 $Z$ 玻色子介导的暗物质模型,发现物质主导冻结可放宽辐射主导情况下的实验限制,从而复兴这些经典通道,并讨论了宇宙主导成分转变期间暗物质退耦与产生的区别。
2019-11-06 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
The Cosmology of Atomic Dark Matter
然而,为了确保成功的宇宙学,暗物质(DM)必须在宇宙历史的早期从标准模型等离子体中运动学解耦,它可以保持耦合到“暗辐射”浴,直到相对较晚的时代。一个实现这种情况的最小理论是原子暗物质模型,其中两个费米子在新的U(1)暗力下带相反的电荷,最初耦合到“暗光子”的热浴中,但最终重新组合成中性原子状的束缚态,并开始形成引力束缚结构。由于暗原子具有(暗)原子大小的几何截面,该模型也提供了一个自相互作用DM与速度相关的截面的例子。在这种情况下,延迟动力学解耦预测新的DM性能在小尺度上,但保留了冷DM在较大尺度上的成功。我们计算所需的原子物理学捕捉这个黑暗的部门的热历史,并显示显着的改进,需要在标准的原子氢计算。我们解决了玻尔兹曼方程,在这个模型中的宇宙学波动的演变,并详细地发现原子DM方案上的物质功率谱和宇宙微波背景(CMB)的影响。这种情况下印记一个新的长度尺度,暗声振荡(DAO)规模,对物质密度场。这个DAO尺度塑造了小尺度物质的功率谱,并决定了后期最小的DM晕质量,这可能比典型的WIMP场景大很多个数量级。这个模型必然包括一个额外的黑暗辐射分量,这可能是目前的CMB实验的青睐,我们量化CMB签名区分原子DM方案从标准的$Λ$ CDM模型包含额外的自由流动粒子。[删节]
2012-11-07 astro-ph.CO hep-ph
Low Mass Dark Matter and Invisible Higgs Width In Darkon Models
标准模型(SM)加上一个称为暗子的实规范单重态标量场(SM+D)是最简单的具有弱相互作用大质量粒子(WIMP)暗物质候选者的模型。在该模型中,参数由暗物质遗迹密度和直接搜索约束。暗子和SM粒子之间的相互作用仅由希格斯玻色子交换介导的事实可能导致对希格斯玻色子性质的显著修改。如果暗物质的质量小于希格斯玻色子质量的一半,希格斯玻色子可以衰变成一对暗子,从而产生一个大的不可见的分支比。希格斯玻色子将在大型强子对撞机上被搜寻,很可能在不久的将来被发现。如果一个不可见衰变宽度很小的希格斯玻色子将被发现,那么具有小暗物质质量的SM+D模型将陷入困境。我们发现,通过将SM+D模型推广到两个Higgs二重态加一个暗子模型(THDM+D),可以得到一个具有较小不可见分支比的希格斯玻色子,同时暗物质可以具有较低的质量.我们还评论这个模型的其他影响。
2011-02-21 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
The mass of the dark matter particle from theory and observations
我们将观测到的星系的核心密度和半径的性质与理论上的线性演化的密度波动计算的第一性原理,因为通货膨胀的结束,直到今天。根据宇宙学参数计算了晕半径r_0。理论密度分布rho(r)/rho(0)具有作为r/r_0的函数的通用形状,其再现了观测结果。我们表明,玻尔兹曼-弗拉索夫方程的线性近似是有效的非常大的星系,并正确地提供普遍的量是共同的所有星系,作为表面密度和密度分布。通过将理论计算的面密度与观测值相匹配,我们得到(i)在MD时代相空间密度的减小(ii)暗物质粒子的质量变为1 ~ 2 keV,退耦温度T_d变为100 GeV以上(iii)核与尖点的区别:keV的暗物质粒子产生核心密度分布,而弱相互作用粒子(m \sim 100 GeV,T_d \sim 5 GeV)产生约0.003 pc尺度的尖点密度分布。这些结果与粒子模型无关,并且与暗物质粒子的统计数据变化很小。在大星系(r_0和M_{gal}都很大)的极限情况下,非普适的星系量(需要包括合并和重子等非线性效应)在线性近似中得到了晕半径r_0、星系质量M_{gal}、晕中心密度rho_{0}和速度色散sqrt{ \bar {v^2}_{halo}}的一阶因子。这显示了线性近似方案的力量:虽然它不能捕获结构形成的全部内容,但它正确地提供了普遍的量,以及主要的非普遍的星系性质。
2012-04-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Non-thermal Histories and Implications for Structure Formation
我们研究了在BBN之前的一个非热的后暴胀历史中的宇宙学扰动的演化。这样的宇宙学可以在超对称性(SUSY)背景下的动机良好的模量场景中自然出现-特别是在分裂-SUSY模型中。在再加热之前的物质主导阶段,亚视界暗物质扰动线性增长,并且即使在存在暗物质湮灭的情况下,也可以导致小尺度上的子结构增长的增强。这表明,一个新的尺度(再加热时的视界大小)对于确定原始物质的功率谱可能很重要。然而,我们发现,在许多非热模型的自由流效应或动力学解耦后,再加热可以完全消除增强导致小尺度结构。特别是,在wino或higgsino暗物质的模量方案中,我们发现从模量衰变产生的暗物质粒子将与辐射热化,并在再加热温度以下动力学解耦。因此,暗物质扰动的增长并不持久,对物质功率谱的预测与标准的热历史相似。我们对可能的例外情况进行了评论,但这些例外情况似乎很难在标准模数方案中实现。我们的结论是,虽然增强的结构并没有提供一个新的探针,在这些模型中的宇宙黑暗时代的调查,它确实表明,非热历史提供了一个强大的替代严格的热后暴胀的历史。
2014-06-17 astro-ph.CO hep-ph hep-th
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