Dark matter searches: looking for the cake or its frosting? (Detectability of a subdominant component of the CDM)
我们正在寻找的暗物质候选者,例如中性伴子,可能是冷暗物质(CDM)的许多组成部分之一。我们在这里指出,非常subdominant组件,构成甚至1%的CDM的间接检测和更少的直接检测,在当前和未来的搜索中仍然可以观察到。因此,如果在CDM搜索实验中确认了CDM信号(除了来自暗晕中的湮灭的信号),我们将需要找出占我们检测到的CDM分量的晕分数。
2003-10-01 hep-ph
Halo Density Profiles Consistent with Asymmetric M-B Velocity Distributions-Implications on Direct Dark Matter Searches
本文从球对称WIMP密度剖面出发,采用Eddington方法,自洽地得到了我们附近的WIMP速度分布。通过在能量表达式中加入合理的角动量相关项,我们也得到了轴对称的WIMP速度分布。我们发现,一些密度剖面导致近似的麦克斯韦-玻尔兹曼分布,这是自动定义在有限的域,即逃逸速度不需要把手。这种分布在获得直接的WIMP检测率,包括调制的作用,进行了一些详细的研究,特别是,不对称的作用进行了探讨。
2009-04-03 astro-ph gr-qc hep-ph
Searching for velocity-dependent dark matter annihilation signals from extragalactic halos
我们考虑的情况下,暗物质湮灭的暗物质湮灭在河外晕的伽马射线信号从$p$波或$d$波状态。在这些情况下,来自河外晕的信号相对于其他目标(如银河系中心或矮球状星系)增强,因为河外晕中暗物质的典型相对速度更大。我们进行模拟数据分析的伽马射线所产生的暗物质湮灭晕斯隆数字巡天探测。我们包括一个模型不相关的银河系和河外伽马射线背景,以及一个简单的模型,由于在河外晕的调查检测到的天体物理过程的背景。我们发现,对于其他伽马射线搜索仍然允许的模型,搜索河外晕与当前费米曝光可以产生暗物质湮灭的证据,虽然很难区分$p$波和$d$波的情况。然而,随着$10\times$系数的增大,速度依赖性的辨别是可能的。
2022-09-15 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Low Frequency (100-600 MHz) Searches with Axion Cavity Haloscopes
本研究针对轴子暗物质实验已覆盖质量以下的更低质量区间,通过数值模拟优化凹入式与介质加载腔的参数,制作原型验证模拟结果,并估算了其在现有及在建大型磁体中的轴子暗物质搜寻灵敏度。
2023-03-28 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Searches for sterile neutrinos and axionlike particles from the Galactic halo with eROSITA
暗物质可能是由“温暖”的粒子组成的,例如keV质量范围内的无菌中微子,它们可以通过混合衰变成光子,因此可以被X射线望远镜探测到。当类轴子粒子(ALP)与标准模型粒子耦合并衰变为keV范围内的光子时,X射线望远镜也可以探测到。这两种粒子都可以解释未识别的3.5 keV线,有趣的是,XENON 1 T观察到过量的电子反冲事件,最突出的是在2-3 keV。一种解释可能是ALPs的起源,在光子产生被抑制的无异常对称模型中,这还没有被X射线约束排除在外。我们研究了来自星系晕的漫射辐射,并计算了eROSITA进行的全天X射线巡天对确定不育中微子或ALP暗物质的灵敏度。我们估计的边界上的混合角的不育中微子和耦合强度的ALP。经过四年的数据采集eROSITA,我们希望设置严格的限制,特别是,我们希望坚定地探测混合角$\sin^2(2θ)$高达近两个数量级以下的最佳拟合值解释不明的3.5千电子伏线。此外,使用eROSITA,我们将能够探测光子和电子耦合的ALP参数空间,并可能确认XENON 1 T过量的ALP来源。
2021-07-12 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Probing dark photons with plasma haloscopes
早期宇宙中产生的暗光子(DP)是有充分动机的暗物质(DM)候选者。我们表明,最近提出的可调等离子体haloscope DP搜索是特别有利的。虽然介质内效应在传统搜索中抑制DP信号,但等离子体晕镜利用超材料,该超材料通过将DP的质量与可调谐等离子体频率匹配来实现DP的共振吸收,从而实现有效的等离子体激元产生。利用热场论,我们确定了介质中DP在探测器内的吸收率。该方案允许在$6-400$ $μ$ eV的DP质量范围内竞争性地探索DP DM参数空间的重要部分。如果观察到信号,则观察信号的每日或每年调制对于清楚地识别由于DP DM引起的信号至关重要,并且可以阐明生产机制。
2020-08-04 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Axionic dark matter signatures in various halo models
在目前的工作中,我们研究可能的时间签名轴子暗物质搜索采用谐振腔的各种晕模型。我们特别研究的时间依赖性的共振宽度(调制)和可能的不对称性定向实验。
2016-01-19 astro-ph.GA hep-ph
Equilibrium axisymmetric halo model for the Milky Way and its implications for direct and indirect DM searches
我们第一次提供了自洽的轴对称相空间分布模型的银河系的暗物质(DM)晕,仔细匹配对最新的运动学测量,通过贝叶斯分析。通过使用广泛的先验的个别银河组件,我们得到保守的估计进入直接和间接DM搜索的解释的天体物理因素。虽然得到的DM密度分布与以前的研究,暗示$ρ_\odot \approx 10^{-2} \, M_\odot / \mathrm{pc}^3$,重子盘的存在导致显着差异的本地DM速度分布相比,标准的晕模型。对于直接检测,这意味着在检测器最大灵敏度附近的DM质量处的横截面极限大约强30%,并且在质量范围的下端处的极限弱一个数量级。此外,通过执行蒙特卡罗模拟为即将到来的DARWIN和DarkSide-20 k实验,我们证明,在成功检测到重DM与耦合低于当前的限制,精心构造的轴对称模型可以消除偏见,减少不确定性超过50%的重建DM耦合和质量,而且还有助于在一个更可靠的散射算子的测定。此外,由重子盘引起的速度各向异性可以导致显着更大的年度调制幅度和相当大的差异,在预期的DM诱导事件的方向分布。对于间接搜索,我们提供了差分$J$ -因子,并计算了几个时刻的相对速度分布,需要预测速度依赖的湮灭率。然而,我们发现准确的预测仍然受到银河系中心附近DM分布的巨大不确定性的阻碍。
2020-12-22 astro-ph.GA hep-ex hep-ph
DAMA detection claim is still compatible with all other DM searches
我们发现,DAMA观察到的年度调制信号可以调和与所有其他负面的结果从暗物质搜索与传统的晕模型的粒子质量约5至9 GeV。我们还显示了特定的暗物质流可以产生DAMA信号。
2005-12-20 hep-ph
Detecting the disruption of dark-matter halos with stellar streams
银河系晕中狭窄的恒星流对暗物质晕下非常敏感,但许多暗物质晕下可能会被潮汐破坏。我计算恒星和暗物质流之间的相互作用,使用分析和$N$体计算,显示干扰对象可以检测到低浓度的subhalos。通过这种效应,我们可以限制晕的块状度,以及单个暗物质流的轨道和当前位置。这将对晕的形成以及对暗物质的直接和间接探测搜索产生深远的影响。
2016-02-10 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Impact of uncertainties in the halo velocity profile on direct detection of sub-GeV dark matter
我们使用最先进的高分辨率宇宙学模拟的IllustrisTNG推导出的速度分布和局部密度的暗物质在像我们的银河系的星系,并找到一个实质性的传播在这两个数量。接下来,我们使用我们的研究结果来检查的灵敏度暗物质速度分布的地下搜索使用的电子散射锗和硅的目标。我们发现,子GeV的暗物质搜索强烈影响这些不确定性,不像核反冲搜索较重的暗物质,特别是在多个电子空穴模式,散射截面的灵敏度也较弱。因此,通过提高对较低电离阈值的灵敏度,不仅预计灵敏度将得到提高,而且对天体物理不确定性的依赖也将大大降低。
2020-01-24 hep-ph
Detectability of a subdominant density component of cold dark matter
在这里,我们研究的可探测性碰撞的暗物质候选人,可能构成不是所有的,但只有一个次主导的组成部分,银河系冷暗物质。我们表明,目前的轴子搜索不适合次优势分量,而直接的WIMP搜索不会受到严重影响的密度降低。事实上,即使中性伴子占晕暗物质的1%,中性伴子的直接探测率也几乎保持不变。只有在密度较低的情况下,速率才随密度而减小。即使中性伴子只占局部暗晕密度的$10^{-4}$,也在提议的未来发现范围内。我们也评论间接WIMP搜索。
2001-06-21 hep-ph
Searching for Earth/Solar Axion Halos
我们讨论了目前和不久的将来的轴子暗物质实验的轴子或类轴子粒子的引力束缚到地球或太阳的光环的敏感性。这种晕的存在,假设他们形成,呈现出显着的增益在轴子搜索的灵敏度,同时满足所有目前的实验界限。这些光环的结构和相干特性也意味着新的信号,这可能取决于纬度或方向的检测器。我们通过分析几种不同类型的轴子暗物质实验的灵敏度来证明这一点。
2021-01-27 astro-ph.CO hep-ph physics.atom-ph
Simulated Milky Way analogues: implications for dark matter direct searches
我们研究星系形成的影响暗物质直接检测使用高分辨率的流体动力学模拟的银河系内模拟的鹰和APOSTLE项目。我们确定的银河系类似物,满足银河系的自转曲线和恒星总质量的观测约束。然后,我们提取的暗物质密度和速度分布在太阳附近的这套银河系的类似物,并使用它们来分析目前的直接检测实验的结果。对于大多数银河系类似物,从最佳拟合麦克斯韦分布(峰值速度为223 - 289 km/s)获得的直接检测实验中的事件率与直接从模拟中获得的事件率相似。因此,在低暗物质质量下,与标准晕模型相比,在暗物质质量和自旋无关横截面平面中通过直接检测实验设置的允许区域和排除限制移动了几个GeV。对于每个暗物质质量,局部暗物质密度的晕到晕变化导致截面的允许区域和排除限制的整体移位。然而,DAMA和CDMS-Si的暗物质信号的可能暗示与LUX和SuperCDMS的零结果的兼容性没有得到改善。
2016-05-10 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
A novel approach to derive halo-independent limits on dark matter properties
我们提出了一种方法,允许放置一个上限的暗物质与核子的弹性散射截面是独立的速度分布。我们的方法结合了直接探测实验与中微子望远镜间接搜索的零结果,并超越了以前的尝试,以消除天体物理学的不确定性,因为它直接约束的粒子物理性质的暗物质。由此产生的暗物质散射截面的与晕无关的上限非常强,达到了$σ_{\text{SI}}^{p} \lesssim 10^{-43} \, (10^{-42})~\text{cm}^2$和$σ_{\text{SD}}^{p} \lesssim 10^{-37} \, (3\times 10^{-37 })~\text{cm}^2$,因为$m_{\text{DM}}\sim 1~\text{TeV}$的暗物质粒子湮灭为$W^+W^-$($b\bar b$),假设为$ρ_\text{loc}=0.3\text{ GeV}/\text{cm}^3$。
2015-09-23 astro-ph.CO hep-ph
WIMP Velocity Impact on Direct Dark Matter Searches
我们研究的影响,在输入天体物理参数的直接检测搜索的WIMP在星系晕的一些不确定性。我们集中讨论了DAMA协作组最近报道的可能的WIMP年调制信号。我们发现,允许一个合理的不确定性,在WIMP麦克斯韦速度分布导致显着放松的约束WIMP质量相比,原来的DAMA分析。
1999-03-24 astro-ph hep-ph
Indirect detection of unstable heavy dark matter
寿命比宇宙年龄还长的不稳定遗迹可能是今天的暗物质。电子、光子和中微子是它们衰变的自然产物,可以在宇宙射线和$γ$射线和中微子探测器中寻找。我比较了这三种类型的搜索的灵敏度,一个通用的不稳定粒子的质量和寿命。我表明,如果遗迹构成我们的星系晕和他们的分支比成电子-正电子,光子和中微子是可比的,中微子搜索将探测质量最长的寿命$\simge 40 \TeV$,而电子-正电子搜索会更好,但更轻的粒子的不确定性。相反,如果遗迹不是聚集在我们的晕中,中微子是比质量为$\simge 700 \GeV$的$γ$射线更敏感的探测器。$ 1 \sqkm $中微子望远镜应该能够探索寿命高达$ \sim 10^{30} \sec $,同时从大气背景以上的不稳定粒子中寻找中微子。
1992-07-27 hep-ph
Signatures from Non-classical Features of Axion Dark Matter in Cavity Haloscopes
该研究探讨轴子暗物质的非经典特征在腔式探测器中的印记,给出压缩态、对纠缠暗物质态的示例信号,并分析其提升实验搜索灵敏度的潜力。
2025-09-04 hep-ex hep-ph quant-ph
Glow in the Dark Matter: Observing galactic halos with scattered light
我们考虑观察旋涡星系盘周围的漫射光晕,作为暗物质与光子相互作用截面的探测。以星系M101为例,我们证明,当散射截面为10^(-23)x(m/GeV)cm ^2或更大时,晕中的暗物质会将光从盘的中心散射到更大的半径,从而有效地增加了天空中观测区域边缘的表面亮度。这允许我们使用Dragonfly仪器的数据设置DM光子截面的上限。然后,我们将展示如何改善这一约束,并发现的潜力,结合在多个波长的测量DM-光子散射的径向轮廓。对漫射光的观测为探测暗物质与光子的相互作用提供了一种新的、潜在的强有力的方法,这是对现有搜索的补充。
2015-02-04 astro-ph.CO hep-ph
Microlensing searches of dark matter
对LMC和一些建议的解释,以说明他们的微透镜观测结果的演变进行了讨论。需要强调的是,目前的结果表明,白矮星的透镜人口,可能在球状体(而不是黑暗的晕)的银河系,连同更标准的背景恒星星族在麦哲伦云和银河系。这也暗示了动力学估计的球体质量和最近的直接搜索老白矮星。
2000-04-25 astro-ph hep-ph
Mapping Extragalactic Dark Matter Annihilation with Galaxy Surveys: A Systematic Study of Stacked Group Searches
星系群和星系团周围的晕中的暗物质可以湮灭为高能光子。最近在星系群星表构建方面取得的进展为暗物质提供了数千个潜在的河外目标。在本文中,我们概述了一个程序来推断与一个给定的星系群相关的暗物质信号。将这个过程应用到源目录中,可以创建一个附近宇宙中最亮的河外暗物质目标($z\lesssim 0.03$)的全天图,补充本星系群中暗物质湮灭的源。与在矮星系中寻找暗物质一样,这些河外目标可以堆叠在一起,以增强与暗物质相关的信号。我们验证这个程序模拟$\textit{Fermi}$伽马射线数据集使用的星系目录构建的$\texttt{DarkSky}$ $N$体宇宙学模拟,并证明了该限制是强大的,在$\mathcal{O}(1)$水平,系统的不确定性晕质量和浓度。我们还量化了分析和建模假设所产生的系统不确定性的其他来源。我们的研究结果表明,堆叠分析使用星系群目录提供了一个强大的机会,发现河外暗物质和补充现有的研究银河系矮星系。
2018-05-04 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Stellar Wakes from Dark Matter Subhalos
我们提出了一种新的方法,利用恒星运动学数据来检测银河系的暗物质晕中的低质量子结构。通过探测一个通过的暗物质在周围晕星的相空间分布中留下的特征尾迹,我们估计灵敏度下降到晕下质量$\sim 10^7\,M_\odot$或更低。这种subhalos的检测将有暗物质和宇宙学模型的影响,预测修改的晕质量函数在低晕质量。我们开发了一个分析的形式主义描述扰动恒星相空间分布,我们通过模拟证明了使用相空间模型和可能性框架检测subhalos的能力。我们的方法补充了现有的低质量subhalo搜索方法,例如搜索恒星流中的间隙,因为我们可以定位今天的subhalo的位置和速度。
2017-11-09 astro-ph.GA hep-ph
DAMA confronts null searches in the effective theory of dark matter-nucleon interactions
我们研究的暗物质的调制信号的DAMA实验报告的角度显示伽利略不变性的有效场论的解释。我们认为最一般的有效耦合导致的弹性散射的暗物质粒子自旋0或1/2的核子,我们分析的兼容性DAMA信号与零的结果从其他直接检测实验,以及与非观测的高能中微子通量在太阳的方向从暗物质湮灭。为此,我们开发了一种新的半解析方法,用于比较非相对论有效理论的高维参数空间中的实验结果。假设标准晕模型,我们发现一个强大的张力之间的暗物质的DAMA调制信号的解释和零结果的实验。我们还列出了可能的方法,这一结论。
2016-05-19 astro-ph.CO hep-ph
Discovery prospects of dwarf spheroidal galaxies for indirect dark matter searches
我们研究了大型巡天望远镜(LSST)在银河系中发现新矮球状星系的前景。采用Milky-Way晕子结构模型和连接暗晕和卫星星系的唯象公式,我们得到了$V$波段的表面亮度分布,预测LSST将发现几十到几百个高于其灵敏度的矮球状星系。即将被发现的矮星将是间接寻找暗物质湮灭产率的有趣目标。我们预测了这些天体中暗物质湮灭产生的γ射线辐射的分布函数,并讨论了这些信号在费米大天区望远镜(LAT)和切伦科夫望远镜阵列(CTA)上的可探测性。通过结合预测的矮星系的信息,我们得到了预期的灵敏度$10^{-26}$ cm $^3$ s $^{-1}$(对于质量为10 GeV的暗物质粒子与费米LAT)和$5\times 10^{-24}$ cm $^3$ s $^{-1}$(对于质量为500 GeV的暗物质粒子与CTA)的湮灭截面$\langle σv \rangle$。我们发现,目前的不确定性的银河晕的质量测量是相对较小的泊松误差相比,绘制最有前途的矮星从底层的通量分布。
2019-10-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Indirect Searches for Kaluza-Klein Dark Matter
在这次演讲中,我们讨论了利用中微子望远镜和宇宙正电子实验间接探测卡鲁扎-克莱因暗物质的可能性。我们发现,未来更大规模的中微子望远镜,如IceCube,以及未来能够测量宇宙正电子谱的实验,如PAMELA和AMS-02,将对这种情况非常敏感。目前来自HEAT实验的数据也可以用星系晕中卡鲁扎-克莱因暗物质的存在来解释。
2004-09-23 astro-ph hep-ph
A Near-Cutoff Waveguide Haloscope for sub-meV Dark Matter
College of Science, China University of Petroleum (East China)(中国石油大学(华东)理学院);School of Physics, Yantai University(烟台大学物理学院)
本文提出一种接近截止的平行板波导示波器,用于探测亚毫电子伏特暗物质,通过慢波响应和相干积累实现场增强,无需闭合驻波共振,展示了高灵敏度和可扩展性的探测方法。
2026-05-15 hep-ph
Neutralino Dark Matter in SU(5) after H.E.S.S. and Direct-Detection Searches
Pennsylvania State University, Abington College(宾夕法尼亚州立大学阿灵顿学院)
本研究在超对称 SU(5) 框架下,利用 H.E.S.S. 伽马射线线和直接探测数据约束 neutralino 暗物质,排除了多种基准模型,并揭示了 bino-wino 混合解与晕轮廓依赖,为参数空间判定提供修正与对撞机测试。
2026-09-18 hep-ph
Robustness of dark matter constraints and interplay with collider searches for New Physics
我们研究了暗物质搜索的影响,与碰撞机的限制,现象MSSM与中性伴暗物质和专注于相关的不确定性的后果在一些细节。我们认为,除其他外,从AMS-02,费米-LAT和XENON 1 T的最新结果。特别是,我们研究的影响的选择的暗物质晕配置文件,以及宇宙射线的传播模型,暗物质间接检测,并显示MSSM上的约束不同的一到两个数量级取决于天体物理学的假设。另一方面,我们对地球附近的局部遗迹密度和地球在暗物质晕中的速度的有限了解导致了通过直接探测实验获得的排除极限中的因子3。我们确定了导致最保守和最严格的约束的天体物理模型,并针对每种情况研究了与最新LHC测量的互补性,以及希格斯粒子、超对称性和单喷流搜索的限制。我们表明,结合所有的数据从暗物质搜索和对撞机,我们的超对称样本的很大一部分可以探测。而直接检测的约束条件下的天体物理学假设是相当强大的,间接检测相关的不确定性可以有一个重要的影响,排除点的数量。
2017-11-29 astro-ph.HE hep-ph
Simulated Milky Way analogues: implications for dark matter indirect searches
我们研究高分辨率的流体动力学模拟银河系类型的星系内获得的“演化和组装的银河系及其环境”(EAGLE)项目,并确定那些最好的满足观测约束银河系的总恒星质量,旋转曲线,和星系的形状。与根据其总维里质量选择的模拟星系相反,如此确定的银河系类似物在太阳圈内始终表现出非常相似的暗物质轮廓,因此能够更准确地预测间接暗物质搜索。我们发现,特别是高分辨率的模拟晕满足观测的限制表现出,在内部的几个千秒差距,暗物质配置文件比那些需要解释所谓的费米GeV过剩通过暗物质湮灭浅。
2016-01-04 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Evidence for Compact Dark Matter in Galactic Halos
成块的暗物质在一般宇宙学暗物质模型的框架内自然产生。证实暗物质团块的存在也可以解决天体物理学、地质学或地球物理学中许多无法解释的谜团,例如。银河伽马射线晕和周期性的陆地泛滥玄武岩火山事件。成块的暗物质在摩擦下是动态稳定的,不会加热圆盘。这样的团块可能已经以矮球状体的形式被发现,本文的结果鼓励了进一步的研究。
1999-11-21 astro-ph hep-ph physics.geo-ph
Direct constraints on diffusion models from cosmic-ray positron data: Excluding the Minimal model for dark matter searches
银河系宇宙线(CR)输运参数通常受到硼碳比的限制。这一过程通常受到扩散系数和银河系磁晕垂直范围之间简并的困扰。后者对于间接暗物质(DM)搜索至关重要,因为它确定了DM湮灭或衰变的数量,这些数量有助于局部反物质CR通量。这些简并可以通过使用次级放射性物质来打破,但目前的数据仍然有很大的误差条,这种方法是非常敏感的本地星际介质(ISM)的属性。在这里,我们建议使用低能量CR正电子的GeV范围内的扩散模型的另一个直接约束。我们表明,PAMELA数据不利于小扩散晕($L\lesssim 3$ kpc)和大扩散斜率模型,并排除了最小({ \em min})配置(Maurin等2001年,Donato等2004年)广泛用于文献中的DM信号预测的不确定性。这是对间接约束(漫射无线电和伽马射线发射)的补充,对DM搜索有很大影响。事实上,这使得反质子约束更加强大,同时增强了当前和未来实验的发现/排除潜力,如AMS-02和GAPS,特别是在反质子和反氘通道中。
2015-01-22 astro-ph.HE hep-ph
Bright gamma-ray Galactic Center excess and dark dwarfs: Strong tension for dark matter annihilation despite Milky Way halo profile
我们将银河系暗物质晕轮廓的不确定性,以及在暗物质湮灭模型的费米伽马射线太空望远镜检测到的银河系中心扩展伽马射线过剩(GCE)的弥漫伽马射线发射的不确定性的会计。当包括这些未知量时,粒子湮灭率和质量的范围扩大。然而,两个最精确的经验测定银河系晕的局部密度和密度分布离开信号区域是在相当大的张力与暗物质湮灭搜索从合并矮星系分析单通道暗物质湮灭模型。GCE和矮星的张力可以得到缓解,如果:一,晕是非常高度集中或强烈收缩;二,暗物质湮灭信号区分矮星和GC;或,三,本地恒星密度的措施被发现是显着较低的,从最近的恒星计数,增加当地的暗物质密度。
2016-04-08 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Scalable architecture for dark photon searches: Superconducting-qubit proof of principle
针对暗光子搜寻中灵敏度与质量范围的两难问题,提出以超导量子比特为亚波长晕镜单元的可扩展芯片级架构,通过三量子比特原理验证实验在三个质量区间设定了远强于宇宙学约束的暗光子限制,可拓展至更多暗物质候选体搜寻。
2025-03-24 hep-ph quant-ph
Combined Flux and Anisotropy Searches Improve Sensitivity to Gamma Rays from Dark Matter
在弥散伽马射线背景中探测暗物质湮灭信号是有希望的。我们提出了第一个全面的研究,利用通量和各向异性,使用的谱线信号的例子。除了提高灵敏度外,综合分析还将有助于分别确定暗物质的粒子特性及其聚集成晕子结构的宇宙学方面。与通量分析的$\sqrt{t}$相反,散粒噪声主导的各向异性分析中的信号的重要性随着时间$t$线性增加,因此可以用各向异性信号确认通量提示。第一个与费米-LAT相结合的线搜索将提供强大的新灵敏度;与拟议的伽马-400的一个将是显着更好。
2013-12-13 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The Indirect Detection of Halo Dark Matter
高能粒子是由银河系中的暗物质粒子湮灭而产生的。目前正在使用气球携带的反质子和正电子探测器以及大面积的深地下中微子望远镜进行搜索。困在太阳内部的暗物质粒子是这种中微子的丰富来源。从宇宙学和粒子物理学的角度来看,最轻、最稳定的超对称粒子或中性伴子无疑是最有可能的暗物质候选者。它的质量是由几十个GeV的最小值,从不成功的加速器搜索确定,和粒子物理学以及宇宙学约束施加的1~TeV的最大值。粗略的计算足以证明,在寻找超对称性方面,目前的中微子望远镜与现有的和未来的粒子对撞机(如LHC)是如何竞争的。我们强调,一个$1\,\rm km^2$地区是自然尺度的未来仪器能够探测全GeV-TeV的中性伴子质量范围内寻找高能量中微子产生的湮灭在太阳。
1994-04-11 astro-ph hep-ph
Gravitational Wave Detection With Plasma Haloscopes
本文全面分析了 plasma haloscope 探测高频引力波的能力,指出 ALPHA 等基线设计灵敏度低于预期,并提出简单修改方案以恢复灵敏度,打造出 $(10-50)$ GHz 频段的强大探测器。
2024-12-19 hep-ph
Statistics for dark matter subhalo searches in gamma rays from a kinematically constrained population model: Fermi-LAT-like telescopes
冷的暗物质暗晕预计会大量存在于星系中。如果暗物质自我湮灭,这些物体就成为间接搜索的主要目标,特别是用伽马射线望远镜。顺便说一句,费米-LAT目录已经包含了许多可能与subhalos有关的未知来源。在本文中,我们确定的概率subhalos被确定为γ射线点状源从它们的预测分布特性。我们使用半分析模型的银河系subhalo人口,这与宇宙学模拟,可以完全符合目前的运动学约束在银河系中,并没有分辨率限制。该模型采用了潮汐剥离的影响,从一个现实的分布在银河系中的重子。同样的重子分布也贡献了一个弥散的伽马射线前景,它与光滑的暗物质和未分辨的暗晕产生的前景相加,而这在暗晕搜索中常常被忽视。这种配置意味着点状subhalo信号和弥漫的背景之间的相关性。基于这种半解析建模,我们生成模拟伽马射线数据假设一个理想化的望远镜类似费米-LAT和执行的可能性分析,以估计当前和未来的敏感性,在相关的参数空间中的subhalos。我们发现了一些可检测的subhalos的顺序${\cal O}(<1)$乐观的模型参数和WIMP质量为100 GeV,最大化的核心主机晕。这几乎不支持目前对几个费米不明来源的解释。我们还发现,它更有可能检测到光滑的星系晕本身subhalos之前,应该暗物质在GeV-TeV的质量范围内通过$s$波过程的自我湮灭。
2022-10-28 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Implications of Compressed Supersymmetry for Collider and Dark Matter Searches
马丁提出了一个被称为"压缩超对称“(SUSY)的方案,其中MSSM是能量标度M_{\rm weak}和M_{\rm GUT}之间的有效场论,但具有大统一理论(GUT)标度SU(3),高根质量M_3<< M_1或M_2。结果,夸克和胶子的质量相对于slepton,chargino和neutralino的质量被抑制,导致压缩的sparticle质谱,早期宇宙中的暗物质遗迹密度可能主要是由neutralino湮灭到ttbar对通过交换轻顶夸克。我们探索的暗物质和对撞机信号预计从压缩超对称性两个不同的模型线与不同的假设大统一理论尺度的高吉诺质量参数。对于暗物质信号,压缩的squark频谱导致直接检测率的增强与统一的高吉诺质量的模型相比。与此同时,相对于统一的高吉诺质量的相关场景,中性伴子晕对伽马射线和反物质的湮灭率也有所提高,但取决于晕暗物质的分布,可能还低于正在进行的间接搜索的灵敏度。在对撞机信号的情况下,我们比较了可能在大型强子对撞机级联衰变链中产生的stop_1的潜在主导衰变模式的速率:\tst_1 \to c \tz_1和\tst_1 \to bW \tz_1。我们研究的程度,多轻子信号率降低时,两体衰变模式占主导地位。对于我们在这里检查的模型线,多轻子信号,虽然减少了,仍然可以在LHC中观察到。
2007-07-04 hep-ph
Etching Plastic Searches for Dark Matter
位于天空实验室空间站和东京附近的Ohya采石场内的大型蚀刻塑料面板已被用于限制宇宙粒子的通量。这些塑料粒子径迹探测器还为一些与原子核强烈相互作用的重暗物质提供了最佳的灵敏度。我们重新审视了天空实验室之前的暗物质边界,并结合了几何相关阈值、晕速度分布以及对观察到的贯穿粒子通量的完整计算。这些考虑将天空实验室的质量范围缩小了几个数量级。然而,对Ohya数据的一项新分析涵盖了先前天空实验室边界的一部分,并排除了质量高达普朗克质量的暗物质。未来蚀刻塑料暗物质搜索的前景进行了讨论。
2021-05-19 hep-ex hep-ph
Two-integral distribution functions in axisymmetric galaxies: implications for dark matter searches
我们解决的问题重建的相空间分布函数的扩展的无碰撞系统,具有已知的密度分布和平衡内的轴对称引力势。假设它只取决于两个运动积分,即能量和沿对称轴$L_z$的角动量分量,则密度分布与分布函数中$L_z$中的偶数分量之间以及加权方位角速度分布与奇数分量之间存在一一对应关系。这种反演方法最初是由Lynden-Bell提出的,后来由Hunter & Qian在其数值实现中进行了改进;在克服了一个技术难题后,我们首次将其应用于强平坦分量的存在下,作为提取螺旋星系晕中暗物质粒子相空间分布函数的一种新方法。我们比较现实的轴对称模型的结果,在球对称的限制,在以前的分析中假设,后者显示出相当严重的缺点。然后,我们将该计划应用到银河系,并讨论了直接暗物质搜索的影响。特别是,我们重新解释的零结果的氙1 T实验自旋(在)相关的相互作用,并作出预测的年度调制信号的一组轴对称模型,包括自洽定义的共同旋转晕。
2018-12-11 astro-ph.GA hep-ph
Expectations for Supersymmetric Dark Matter Searches Underground
我们认为中性伴子是星系晕中占主导地位的暗物质粒子,并研究了中性伴子-核弹性散射直接寻找暗物质的一些一般性问题。在传统的核和核子结构假设的基础上,我们分析了直接暗物质搜索对超对称模型参数空间的限制。该分析表明,暗物质探测器根据其对不同的超对称模型参数组的灵敏度分为三个不同的类别。我们计算的事件发生率的各种实验感兴趣的同位素在最小超对称标准模型(MSSM)考虑到已知的加速器和宇宙学的约束MSSM参数空间。研究了中性伴子-核弹性散射中核自旋的作用.结果表明,对于原子量A > 50的核,自旋相关相互作用对这一过程的贡献是次显性的。
1995-10-14 hep-ph
Dark matter annihilation and decay from non-spherical dark halos in the Galactic dwarf satellites
银河系中的矮球状星系是间接寻找粒子暗物质的主要目标。为了对候选的暗物质粒子设置强有力的约束,了解这些系统的暗晕结构是非常重要的。在本文中,我们首先评估的天体物理因素的暗物质湮灭和衰变为24 dSphs,考虑到非球形暗晕,使用广义轴对称质量模型的基础上轴对称Jeans方程。首先,从最新的运动学数据的拟合分析,我们的轴对称质量模型是一个更好的适合比以前的球形,因此,我们的工作应该是最现实和可靠的估计天体物理因素。其次,我们发现,在分析的dSphs,超暗矮星系三角座II和大熊座II是最有前途的,但大的不确定目标的暗物质湮灭,而经典的dSphDraco是最强大的和可检测的目标的暗物质衰变。研究还发现,非球形的明亮和黑暗的组件影响的天体物理因素的估计,即使这些因素在很大程度上取决于样本大小,先验的参数范围和暗晕的空间范围。此外,由于这些影响,对暗物质湮灭截面的约束比以前的球形工作更保守。这些结果对于优化和设计空间和地面望远镜当前和未来多信使观测中的暗物质搜索非常重要。
2016-08-04 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
Dark matter searches in the gamma-ray extragalactic background via cross-correlations with galaxy catalogues
我们比较了费米-LAT伽马射线天空和银河系外天体目录之间的角互相关性与弱相互作用大质量粒子(WIMP)暗物质(DM)引起的预期信号。我们包括一个详细的描述,如耀变体,错位活动星系核和恒星形成星系的天体物理伽马射线发射器的贡献,并进行全球拟合测得的互相关。我们考虑了5个星表:SDSS-DR 6类星体、2 MASS星系、NVSS射电星系、SDSS-DR 8亮红星系和SDSS-DR 8主星系样本。为了模拟互相关信号,我们使用晕占据分布形式主义来估计DM晕中给定目录的星系数量及其空间相关特性。我们讨论的不确定性所产生的DM集群和WIMP微观特性,其中设置DM伽马射线发射的预测互相关信号。使用不同的星表探测不同红移的天体,虽然不能完全降低不同伽马射线成分之间的简并度。我们发现,一个显着的WIMP DM信号的存在是允许的数据,但不显着的首选的拟合,虽然这主要是由于与错位AGN组件的简并。通过适度的子结构提升,该方法的灵敏度排除了95% C. L.处的热湮灭截面。对弱相互作用质量的影响可以达到几十个GeV。用未来的数据约束天体物理种群的低红移特性将进一步提高对DM的敏感性。
2016-10-19 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
On the Relevance of Sharp Gamma-Ray Features for Indirect Dark Matter Searches
星系晕中暗物质粒子湮灭产生的伽马射线提供了一种间接探测暗物质的特别有希望的方法。在这里,我们证明了在接近暗物质粒子质量的能量处的明显光谱特征,这是大多数模型的通用预测,可以显着提高伽马射线望远镜对暗物质信号的灵敏度。我们推导出这些功能(包括传统上寻找线信号)的投影限制,并表明它们可以更有效地约束暗物质的性质比模型独立的宽光谱功能预期在较低的能量。
2011-12-02 astro-ph.HE hep-ph
High Mass Dark Matter Searches With the High Speed Flux From the Large Magellanic Cloud
University of Alberta(阿尔伯塔大学);Theoretical Physics Institute, University of Alberta(阿尔伯塔大学理论物理研究所);Department of Physics, Engineering Physics, and Astronomy, Queen’s University(皇后大学物理、工程物理与天文学系);Perimeter Institute for Theoretical Physics(基础理论物理研究所)
本文提出利用大麦哲伦星云高速流提高重暗物质搜寻精度,介绍新计算技术及实验影响分析。
2026-02-26 astro-ph.GA hep-ph
Axion Dark Matter Coupling to Resonant Photons via Magnetic Field
我们表明,在Sikivie Haloscope中通过双光子耦合机制由暗物质轴子产生的光子场的磁分量是在以前的分析和实验中传递的重要参数。产生的光子的相互作用将被共振增强,只要它们耦合到Haloscope腔的电或磁模式结构。对于典型的Haloscope实验,电耦合和磁耦合是相同的,并且在过去的灵敏度计算中隐含假设。然而,对于未来计划的搜索,例如同步多个腔的高频搜索,由于不同的磁耦合和电耦合,灵敏度将发生变化。我们定义了完整的电磁形状因子,并讨论其影响,目前和未来的高,低质量的轴子搜索,包括一些被忽视的影响,由于假设这两个耦合是相同的。
2016-06-10 astro-ph.GA gr-qc hep-ex
Velocity peaks and caustic rings
冷的暗物质在一个孤立的星系中的晚期下落,在整个星系晕中产生了具有确定的局部速度矢量的流动。它也会产生焦散环,这是光晕中暗物质密度非常大的地方。晕形成的自相似模型预言焦散环半径$a_n$服从近似规律$a_n \simeq 1/n$。我认为NGC 3198和我们银河系自转曲线的起伏是由于暗物质的焦散环造成的。在这个模型中,我们的光环的年度调制效应在直接搜索的WIMP有相反的迹象,从等温球模型预测。
1998-10-19 astro-ph hep-ph
Indirect Searches for Secluded Dark Matter
暗物质是粒子物理学和宇宙学中最重要的开放性问题之一。弱相互作用大质量粒子(WIMPs)似乎是一个有吸引力的解决方案,提供了正确的遗物密度在电弱尺度的横截面,然而,没有WIMP信号被观察到,直到现在。隐蔽模型是标准模型的良好替代品。在这种情况下,暗物质不是直接湮灭为标准模型(SM)粒子,而是湮灭为介质,介质随后衰变为SM粒子。通过这种方式,隔离模型可以避免直接搜索的严格限制,同时可以通过间接检测实验进行探索。受到在几个模型构建努力中出现的隐蔽暗物质的启发,在这次演讲中,我们将介绍几种伽马射线仪器的灵敏度(当前和前景),包括费米LAT,H.E.S.S.,CTA和SWGO,隐蔽的暗物质湮灭的内星系晕,并在矮球状星系,涵盖了广泛的暗物质质量,从几十个GeV到数百TeV。
2021-09-30 hep-ph
Dark matter searches in dwarf spheroidal galaxies with the Cherenkov Telescope Array
本文利用CTA对银河系矮椭球星系开展暗物质湮灭与衰变搜寻,选出最有前景的目标并重新测定其暗物质信号,灵敏度较现有搜寻提升约一个数量级,同时讨论了不同暗物质模型、多目标联合观测及最优观测策略。
2023-09-18 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ph
Implications for Dark Matter Direct Detection in the Presence of LIGO-Motivated Primordial Black Holes
我们讨论了形成的暗物质(DM)周围的原始黑洞(PBH)和DM直接检测实验,包括轴子搜索的影响迷你晕。受LIGO观测的启发,我们认为$f_{\textrm{DM}} \simeq 0.01$是质量为$10 M_{\odot} - 70 M_{\odot}$的PBH中DM的分数。在这种情况下,我们预计存在的装饰PBH后,银河系晕形成的小晕群众达到峰值附近$M_{\textrm{halo}} \sim (50-55) M_{\textrm{PBH}}$。我们分析了银河系内潮汐力作用于缀饰PBH的效果。在太阳附近,迷你晕可以抵抗来自星系平均场势的潮汐破坏,并与恒星相遇,但它们会受到磁盘冲击造成的小规模破坏。今天,围绕LIGO驱动的PBH的迷你晕的存在可以减少当地暗物质背景的一半。鼓励高分辨率模拟。如果所提出的方案得以实现,直接检测DM的机会将减少。
2020-06-17 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
How do the dynamics of the Milky Way -- Large Magellanic Cloud system affect gamma-ray constraints on particle dark matter?
以往对天体物理学暗物质(DM)约束的研究都假设银河系(MW)的DM晕可以孤立地建模。然而,最近的研究表明,MW最大的矮卫星,大麦云(LMC),质量是MW的10-20 $\%$,目前正在与我们的银河系合并。因此,MW和LMC的DM晕预计将强烈变形。在这里,我们解决和量化的动态响应所造成的间接DM搜索的前景通过MW的LMC的通道的影响。利用一组国家的最先进的数值模拟的MW-LMC系统的演变,我们得出的DM分布在这两个星系在目前的基础上的基函数展开形式主义。因此,我们建立$J$因子全天空地图的MW-LMC系统,以研究的影响,LMC通道上的伽马射线间接搜索热产生的DM湮灭的外MW晕以及内的LMC晕独立。我们进行了详细的分析,12年的费米-LAT数据,结合各种大规模的伽马射线发射组件,我们量化的系统不确定性与天体物理伽马射线源的不完善的知识。我们发现,由LMC通道所造成的动力学响应可以改变的速度平均湮灭截面的弱尺度粒子DM的水平相媲美的MW晕的密度分布和总质量的现有观测不确定性的约束。
2023-01-18 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
Unitarity Bounds and the Cuspy Halo Problem
传统的冷暗物质宇宙学模型预测的是小尺度结构,比如尖状晕,这显然与观测结果相矛盾。已经提出了几种基于修改暗物质基本性质的替代方案。我们表明,量子力学的一般原则,特别是幺正性,意味着有趣的限制两个建议:碰撞暗物质提出的Spergel和Steinhardt,强烈湮灭暗物质提出的Kaplinghat,诺克斯和特纳。两者所需的有效散射分别意味着m < 12 GeV和m < 25 GeV。同样的论点表明,在第二种情况下,强烈的湮灭意味着存在显着的弹性散射,特别是对于足够大的质量。最近,一个变种的碰撞方案已被提倡,以满足同时限制从矮星系到集群,与截面的比例与速度成反比。我们表明,这种情况下可能涉及超弹性过程,相关的动能变化时,必须考虑到作出预测。实验搜索的成本和影响进行了讨论。
2002-05-30 astro-ph hep-ph hep-th
Parametrics of electromagnetic searches for axion dark matter
轻的轴子状粒子出现在许多超越标准模型物理学的理论中,并且可能构成宇宙的部分或全部暗物质。它们可以耦合到标准模型的方法之一是通过电磁$F_{μν} \tilde F^{μν}$门户,并且有一个广泛的实验计划,涵盖了几十年的质量范围,旨在通过这种耦合寻找轴子暗物质。在本文中,我们推导出限制的吸收功率,耦合灵敏度,广泛的一类这样的搜索。我们发现,标准的技术,如谐振腔和介质haloscope,可以实现O(1)-最优的轴质量平均信号功率,对于给定的体积和磁场。对于低质量(频率$\ll$ GHz)轴子,使用静态背景磁场的实验通常具有抑制的灵敏度-我们讨论了这种限制的物理学,并提出实验方法来避免它,如微波上转换实验。我们也评论其他形式的暗物质,包括暗光子的检测,以及相对论性隐藏扇区粒子的检测。
2021-04-02 hep-ex hep-ph
MADMAX: A new way of probing QCD Axion Dark Matter with a Dielectric Haloscope -- Foundations
与WIMP相反,轻暗物质候选者越来越受到科学界的关注。特别地,QCD轴子也能够解决其他的基本问题,例如强相互作用中的CP守恒。在强磁场作用下,不同介电常数的材料之间的边界处,星系轴子、类轴子粒子和隐藏的光子可以转化为光子。结合许多这样的表面,可以使用相长干涉和共振来显著增强这种转换。建议的MADMAX设置包含80个高介电盘在\SI{10}{\tesla}磁场将探测$40$ -\SI{400}{\micro\electronvolt},这是一个范围,目前无法通过现有的腔搜索动机良好的质量范围。我们提出了这种方法的基础和预期的敏感性。
2017-12-04 hep-ph physics.ins-det