Mainly axion cold dark matter from natural supersymmetry
通过避开超对称（自然超对称或SUSY）的电弱和QCD部分的微调，并通过调用SUSY μ问题的Kim-Nilles解决方案，我们得到了这样的模型，其中暗物质由轴子和类希格斯诺WIMP的混合物组成。在佩西-奎因破缺标度f_a~ 10 ^9 -10^{12} GeV的大范围内，我们可以预期大约有90-95%的轴子暗物质。在这种情况下，可以预期轴子和WIMP直接检测。
2015-02-27 astro-ph.CO hep-ph
Mixed WIMP-axion dark matter
我们研究了一个双组分暗物质模型的实验约束，该模型由QCD轴子和标量粒子组成，两者都对宇宙的暗物质遗迹丰度有贡献。该理论的整体Peccei-Quinn对称性可以自发地分解为剩余的$\mathbb{Z}_2$对称性，从而将该标量识别为稳定的弱相互作用大质量粒子，即，一种暗物质的候选者，除了轴子。我们进行了全面的研究模型使用的最新数据从暗物质直接和间接的探测实验，以及新的物理搜索在大型强子对撞机。我们发现，虽然该模型主要是由暗物质探测实验的约束，它仍然是可行的周围的一个小区域的参数空间的标量暗物质是一半的重的标准模型希格斯粒子。在这个允许的范围内，由于暗物质-希格斯耦合的抵消机制，这些实验的边界被规避了。然而，对撞机的搜索结果，施加弱边界的模型。
2020-02-27 astro-ph.CO hep-ph
(Mainly) axion dark matter
QCD的强CP问题本质上是一个自然性问题：为什么在QCD拉格朗日量中，F \tilde{F}项被高度抑制，而似乎有必要解释为什么有三个而不是四个轻π？最优雅的解决方案假定一个自发破缺的Peccei-Quinn（PQ）对称性，这需要存在轴子场a。轴子场稳定到其势能的最小值，从而消除了进攻项，但产生了物理轴子，其相干振荡可以构成冷暗物质。直到现在，ADMX等实验才开始探索QCD轴子参数空间。由于一种真正的标量粒子--希格斯玻色子--已经被发现，人们可能会期望它的质量停留在轴子尺度f_a~ 10^{11} GeV。希格斯粒子的质量被超对称性优雅地稳定下来：在这种情况下，轴子伴随着它的axino和saxion超伙伴。要求自然也在电弱部门意味着希金森类WIMP，那么我们期待混合轴子WIMP暗物质。最终，我们将期望探测到轴子和WIMP，而轻希格斯玻色子的信号可能会在LHC出现，并且必须在ILC出现。
2015-10-26 astro-ph.CO hep-ph
One-loop Dirac neutrino mass and mixed axion/WIMP dark matter
我们认为Peccei-Quinn（PQ）机制是狄拉克中微子质量背后的机制，当这些质量是通过$d=5$有效算符$\bar{L}\tilde{H}N_Rϕ$在一个回路水平上产生的，其中$ϕ$是标准模型的单重标量。在这种设置中，PQ对称性保证了这样一个有效算子的单圈实现对狄拉克中微子质量的主要贡献，因为它禁止了从树级实现中产生的贡献。单圈中微子质量图中的所有介质都可以被PQ对称性破缺的剩余$Z_N$对称性所稳定，从而在轴子扇区之外形成一个暗扇区，并导致混合的轴子/WIMP暗物质场景。
2019-04-03 hep-ph
Multi-component Dark Matter and Small Scale Structure Formation
本文研究含WIMPs与轴子的多组分暗物质模型，通过Boltzmann方程追踪EMDE中的扰动演化，并结合间接探测约束分析轴子微团簇形成及WIMP遗迹密度。
2023-10-01 astro-ph.CO hep-ph
WIMP and Axion Dark Matter
宇宙学家们几乎一致认为宇宙中的大部分物质都是暗物质，并且有充分的理由相信这些暗物质中的大部分都是非重子物质。这种暗物质的两个主要候选者是轴子和弱相互作用大质量粒子（WIMP），例如标准模型超对称扩展中的中性伴子。我讨论了这两个暗物质候选人的论点，并审查这些暗物质粒子的发现技术。
1997-10-24 astro-ph hep-ph
Direct Dark Matter Search with XENON100
XENON 100实验是直接探测宇宙中暗物质的XENON计划的第二阶段。XENON 100探测器是一个两相时间投影室，装有161 kg超纯液态氙。本文给出了用XENON 100进行224.6天暗物质探测的结果。没有证据表明暗物质的形式WIMP，除了自旋无关的WIMP核子散射截面大于2 $\times$ 10 $^{-45}$ cm $^2$为55 GeV/c $^2$在90%的置信水平（CL）。最严格的限制是建立在自旋相关的WIMP-中子相互作用的WIMP质量超过6 GeV/c $^2$，最小截面为3.5 $\times$ 10 $^{-40}$ cm $^2$（90% C. L.）45 GeV/c $^2$ WIMP。相同的数据集用于搜索轴子和类轴子粒子。迄今为止，太阳轴子的轴子-电子耦合常数的最佳极限是$g_{Ae}$ < 7.7 $\times$ 10 $^{-12}$（90% C.L.），对于类轴子粒子，$g_{Ae}$ < 1 $\times$ 10 $^{-12}$（90% C. L.）对于质量在5和10 keV/c之间的$^2$。
2015-01-14 astro-ph.CO hep-ph physics.ins-det
Dark matter production in the early Universe: beyond the thermal WIMP paradigm
LHC对新物理的搜索越来越严格，加上在暗物质搜索中缺乏令人信服的弱相互作用大质量粒子（WIMP）信号，这些都严格限制了许多将热产生的WIMP作为冷暗物质的标准范例的实现。在这篇文章中，我们更一般地审查热和非热产生的暗物质（DM）。人们可以将DM模型分为两大类：一类涉及玻色子相干运动（bosonic coherent motion，WIMP），另一类涉及WIMP。WIMP和WIMP候选者分别需要一些近似的全局对称性和几乎精确的离散对称性。超对称轴子模型是高度动机，因为他们出现了令人信服的和优雅的解决方案的两个微调问题的标准模型：强CP问题和规范层次问题。我们在这里审查非热文物的一般设置，但我们也特别注意到丰富的宇宙学性质的各个方面的混合超对称性/轴子暗物质候选人，可以涉及两个弱相互作用大质量粒子和中微子在交织的方式。我们还简要回顾了一整套替代热和非热DM候选人。
2014-11-02 astro-ph.CO hep-ph
Prospects for axion detection in natural SUSY with mixed axion-higgsino dark matter: back to invisible?
在自然界是自然界的假设下，我们扩展了标准模型，使之包含了超对称性来稳定电弱扇区，包含了PQ对称性来稳定QCD扇区。自然超对称性产生于超对称性μ问题的Kim-Nilles解，它允许一个小的层次，其中μ ~ f_a^2/M_P ~ 100-300 GeV，而超对称性粒子质量尺度m（SUSY）~ 1-10 TeV >> μ。这样，暗物质就由两种粒子组成：一种是类希格西诺的弱相互作用粒子，另一种是超对称的DFSZ轴子。允许的轴子质量值m（轴子）的范围取决于混合轴子higgsino遗迹密度。在这种情况下，m（轴子）的范围实际上受到直接和间接检测实验中WIMP的限制。我们在微波腔实验中绘制了预期的轴子检测率。轴子-光子-光子耦合被带电希格西诺对反常耦合的贡献严重削弱。在这种情况下，轴子可能会撤退，至少暂时，回到近不可见的状态。从我们的研究结果，我们敦促新的想法的技术，探测更深入和更广泛的轴子耦合与轴子质量参数空间。
2017-05-02 astro-ph.CO hep-ph
Implications of mixed axion/neutralino dark matter for the Cosmic Frontier: a Snowmass whitepaper
如果我们同时使用超对称解来解决规范层次问题和PQ解来解决强CP问题，那么我们可能会期待混合的轴子/中性伴暗物质（DM），即两个暗物质粒子。在这种情况下，暗物质的产生包括轴子的振荡产生、热中性伴子和非热中性伴子的产生以及轴子和轴子的热中性伴子和非热中性伴子的产生。后一种粒子可能会将额外的中性伴子送入宇宙汤中，或者通过额外的熵产生来稀释所有的遗迹，或者将暗辐射送入宇宙。根据超对称性和PQ模型，PQ尺度可以很容易地存在于10^9-10^{16} GeV之间。轴子可能远远超出目前实验所探测的范围。在遗留的WIMP的情况下，理论预测必须重新调整的可能性，WIMP只包括一小部分的本地DM丰度。
2013-06-17 astro-ph.CO hep-ph
Direct Dark Matter Searches: Fits to WIMP Candidates
在简要介绍了一般的暗物质和作为候选者的WIMP之后，我们回顾了直接暗物质搜索的最新结果。我们专注于旧的和最近的提示，指出轻WIMP的质量低于10 GeV。
2011-06-30 astro-ph.CO hep-ph
Axions, WIMPs, proton decay and observable $r$ in $SO(10)$
本文研究含两个费米子10-plet的SO(10)轴子模型，通过暴胀后破缺轴子对称性并利用规范Z2对称性预言稳定WIMP暗物质，同时给出质子衰变、暴胀及可检验的n_s和r范围。
2022-07-21 hep-ph
Non-WIMP Candidates
非WIMP暗物质候选者包括由极小性激发的粒子，由实验异常激发的候选者，以及主要由聪明的反传统者的愿望激发的奇异可能性，以突出我们对暗物质的本质是多么的无知。在这篇评论中，我讨论的候选人不是WIMP，但仍然分享相同的理论动机作为WIMP，也自然有正确的遗物密度。有两个类：超级弱相互作用暗物质，其中所需的遗迹密度通过衰变继承;无弱相互作用暗物质，其中暗物质的质量和耦合一起缩放以维持所需的热遗迹密度。
2010-02-19 astro-ph.CO hep-ph
Electroweak Axion as the Fuzzy Dark Matter -- A Proposal for the Mixed Fuzzy and Cold Dark Matters
电弱轴子与质量为$m\simeq 10^{-20}$ -- $10^{-19}\,{\rm eV}$的模糊暗物质相同。该模型预测了暗物质的两种成分，一种是超轻物质，另一种是类似WIMP的物质。预言了模糊暗物质与光子之间的Chern-Simons型相互作用和质子的$B+L$破缺衰变。
2022-11-29 astro-ph.CO hep-ph
Expected Sensitivity to Galactic/Solar Axions and Bosonic Super-WIMPs based on the Axio-electric Effect in Liquid Xenon Dark Matter Detectors
我们提出了系统的案例研究，以调查的灵敏度轴子搜索液体氙探测器，使用轴电效应（类似的光电效应）对氙原子。液态氙被广泛认为是利用核反冲探测WIMP（可能形成银河系暗物质的弱相互作用大质量粒子）的最佳目标介质之一。由于这些探测器还为电子反冲提供了极低的放射性环境，因此也可以探测到相互作用非常弱的低质量粒子（< 100 keV/c^2），例如假设的轴子--在这种情况下使用轴电效应。未来的吨级液体中微子探测器的灵敏度将仅受质量范围在1至100 keV/c^2之间的不可约中微子背景（pp链太阳中微子和136中微子的双β衰变）的限制。假设辐射量为1吨-年，如果轴-电耦合g_A e在1 keV/c^2时大于10^-14（或在100 keV/c^2时大于10 ^-13），那么星系轴子（作为非相对论性的暗物质）就可以被探测到。在几keV/c^2以下，并且与质量无关，太阳轴子的搜索对耦合g_Ae ~ 10^-12很敏感。这个极限将为DFSV和KSVZ模型设定一个严格的轴子质量上限，其质量范围分别为m_A < 0.1 eV/c^2和< 10 eV/c^2。当耦合常数α '/α> 10^-33（质量为1 keV/c^2）或> 10^-27（质量为100 keV/c^2）时，也可以探测到矢量玻色子暗物质。
2013-01-23 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
WIMP Dark Matter and Neutrino Mass from Peccei-Quinn Symmetry
Peccei-Quinn反常的整体U（1）_{PQ}对称性不仅对解决具有宇宙学相关轴子的强CP问题很重要，而且它可能是剩余Z_2对称性的起源。这种新的对称性可能是暗物质的第二个组成部分，它由绝对稳定的弱相互作用大质量粒子组成，也是产生辐射中微子质量的原因。提出了这一思想的两个具体实现。在这些情况下，暗物质检测保证在现有的直接检测实验或轴子搜索。在大型强子对撞机的观测信号进行了讨论。
2013-12-17 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
A Dark Matter Hurricane: Measuring the S1 Stream with Dark Matter Detectors
最近发现的S1流以低倾角、反向旋转的轨道穿过太阳附近。S1的前身是一个矮星系，其总质量与现在的天炉座矮椭球相当，因此预计该星系流将具有显著的DM成分。我们计算的影响的S1流的WIMP和轴子探测器作为其不可测的暗分量的密度的函数。在WIMP探测器中，S1流提供更多的高能核反冲，因此将略微改善DM探测前景。我们发现，即使S1包括小于10%的局部密度，多吨氙WIMP探测器可以区分S1流从散装晕在相对较窄的质量范围内5和25 GeV之间。在定向WIMP探测器如CYGNUS中，S1更显著地增加了DM探测前景，因为它增强了WIMP信号的各向异性。最后，我们表明，轴子haloscopes拥有迄今为止最大的潜在敏感性的S1流。一旦轴子质量被发现，S1的独特速度分布可以很容易地从轴子功率谱中提取出来。
2018-11-07 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ex
Dark Matter 2014
本文对2014年底暗物质的实验搜索状况进行了概述。主要重点是使用基于地下的低背景探测器直接搜索弱相互作用大质量粒子（WIMP），特别是2014年发表的新结果。WIMP是优秀的暗物质候选者，被粒子物理学的标准模型之外的许多理论预测，并且预计通过自旋无关（标量）或自旋相关（轴矢量）耦合与目标核相互作用。非WIMP暗物质的候选者，特别是轴子和类轴子粒子也简要讨论。
2015-01-06 astro-ph.CO hep-ph physics.ins-det
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
Mixed Wino-Axion Dark Matter in String/M Theory and the 130 GeV Gamma-line "Signal"
具有低能超对称性的弦/M理论紧化倾向于预测暗物质有两个组成部分：轴子和WIMP \cite{1004.5138,1204.2795}。在符合这一点，我们表明，暂定130 GeV的伽玛线信号报告\cite{1204.2797}可以解释为所产生的湮灭145 GeV的质量，Wino类WIMP到Z玻色子和光子。在这种情况下，信号意味着暗物质的第二个组成部分，我们解释为由轴子组成-相对Wino/Axion丰度近似相等。进一步的预测是隐含的：在这两个扩散和单色光子从矮球状星系的信号;单色光子能量为145 GeV;对于大型强子对撞机，希格斯玻色子的质量已经预测在这个框架\cite{1112.1059}，和目前的希格斯极限提供有趣的约束质量的Gluino。
2012-05-25 astro-ph.CO hep-ph hep-th
WIMP dark matter candidates and searches - current status and future prospects
我们回顾了当前暗物质理论和实验的几个方面。我们概述了目前的实验状态，其中包括目前的界限和最近的索赔和暗示的一个可能的信号在广泛的实验：直接检测地下实验室，伽马射线，宇宙射线，X射线，中微子望远镜，和大型强子对撞机。我们简要回顾了几个可能的候选粒子弱相互作用大质量粒子（WIMP）和暗物质，最近被认为是在文献中。我们特别关注最轻的超对称中性伴子，因为它仍然是暗物质的最佳候选者，也显示出良好的检测前景。最后，我们简要地回顾了一些替代方案，可以大大改变性能和前景的标准热WIMP范式内获得的暗物质的检测。
2018-06-04 astro-ph.CO hep-ph
Erratum for "Axion Dark Matter Coupling to Resonant Photons via Magnetic Field" [arXiv:1512.05547]
最近的一项评论突出了PATRAS关于轴子、WIMP和WISPs研讨会上与最近一份出版物有关的讨论。我们对这一评论作出回应，并在原始信件中详细说明了计算错误。
2016-08-06 hep-ph
Constraints on Light WIMP candidates from the Isotropic Diffuse Gamma-Ray Emission
直接探测实验，最显着的DAMA，CDMS-II，CoGeNT和氙10/100的测量报告的动机，我们进一步研究的限制，可能会设置在一些轻暗物质候选人，M_DM ~几个GeV，使用费米LAT数据的各向同性伽马射线漫发射。特别地，我们考虑了狄拉克费米子单态通过一个新的Z'规范玻色子相互作用，和一个标量单态S通过希格斯门相互作用。这两个候选者都是WIMP（弱相互作用大质量粒子），也就是说，它们的湮灭截面在pbarn范围内。而且，它们在核子上的弹性截面与自旋无关，都在直接探测实验所要求的范围内。虽然是一般的WIMP候选者，因为它们与标准模型粒子有不同的相互作用，它们关于各向同性扩散伽马射线发射的现象是相当不同的。在标量单态的情况下，它的湮灭截面和自旋无关的弹性散射截面之间的一一对应关系允许在直接检测排除图中表达来自费米-LAT数据的约束，sigma_n^0--M_DM。根据天体物理学，我们认为在95% CL下排除单重标量暗物质候选者是可能的。狄拉克单态通过Z'相互作用的约束相对较弱。
2011-01-18 astro-ph.CO hep-ph
Dark matter searches
现代物理学的主要挑战之一是破译暗物质的本质。天体物理学观测提供了充足的证据，证明在可观测宇宙中存在着不可见且占主导地位的质量成分，从星系尺度到最大的宇宙学尺度。暗物质可能由新的、尚未发现的基本粒子组成，其允许质量和与正常物质的相互作用强度跨越了一个巨大的范围。在早期宇宙中以非热方式产生的轴子，以及在热平衡状态下冻结的具有与观测结果相匹配的残余密度的弱相互作用大质量粒子（WIMP），代表了两种动机良好的一般类别的暗物质候选者。暗物质轴子可以通过利用它们与两个光子的预测耦合来检测，其中最高灵敏度是通过使用被强磁场渗透的微波腔的实验来达到的。WIMP可以通过地下超低背景探测器中原子核的散射直接观察到，或者通过它们配对湮灭时产生的二次辐射间接观察到。它们也可以在粒子对撞机（如LHC）中产生，在那里可以检测到在同一过程中产生的相关粒子。在简要的动机和介绍粒子暗物质探测的现象学之后，我将讨论最有前途的实验技术来搜索轴子和WIMP，解决它们当前和未来的科学范围，以及它们的互补性。
2015-09-02 astro-ph.CO hep-ph
The Rethermalizing Bose-Einstein Condensate of Dark Matter Axions
当光子温度约为500 eV时，在QCD相变过程中产生的轴子由于引力自相互作用而热化。然后它们形成玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）。由于轴子BEC再热的时间尺度比宇宙的年龄短，因此它具有与其他形式的冷暗物质不同的特性。如果暗物质是轴子，至少部分是轴子，但如果暗物质完全是WIMP或无菌中微子，那么星系晕中暗物质的焦散环的观测证据就无法解释了。
2015-09-07 astro-ph.CO hep-ph
Neutralino, axion and axino cold dark matter in minimal, hypercharged and gaugino AMSB
基于反常介导超对称破缺（AMSB）的超对称模型通常会产生一个中性的wino作为WIMP冷暗物质（CDM）的候选者，其热丰度远低于测量值。在这里，我们调查了四个方案，以调和AMSB暗物质与测量丰度：1。由于标量场（{ \it e.g}模量）的衰减而产生的非热wino，2.非热wino生产由于衰变的引力子，3。非热wino生产由于重axino衰变，和4。轴子LSP的情况，其中CDM的大部分由轴子和热产生的轴子组成。在情况1和2中，我们期望wino CDM构成整个测量的DM丰度，并且我们调查wino样WIMP的直接和间接检测率。Wino直接探测率可以很大，更重要的是，从下面限定，使得吨级稀有液体探测器应该访问m_{\tz_1} \alt 500 GeV的所有参数空间。通过中微子望远镜和太空宇宙射线探测器的间接wino探测率也很高。在情况3中，DM将由轴子加维诺混合物组成，其确切比例非常依赖于模型。在这种情况下，轴子和类似wino的WIMP都有可能被实验检测到。在案例4中，我们计算出宇宙膨胀后的再加热温度。在这种情况下，没有直接或间接的WIMP信号应该看到，虽然直接检测遗迹轴子可能是可能的。对于每一个DM的情况下，我们显示的最小AMSB模型的结果，以及超荷和gaugino AMSB模型。
2010-06-18 astro-ph.HE hep-ph
Saving supersymmetry and dark matter WIMPs -- a new kind of dark matter candidate with well-defined mass and couplings
由于超对称性和暗物质WIMP都还没有被观测到，人们对它们的真实性越来越悲观。在这里，我们讨论一个新的超对称理论和一个新的暗物质候选人，这是自然与目前的实验结果相一致，但这意味着大量的新现象等待发现在可预见的未来。
2018-11-01 hep-ph
Mixed axion-wino dark matter
各种超对称模型产生分裂质谱，其特征在于非常重的标量，但亚TeV的高吉诺，通常与酒样LSP。这样的模型预测热产生的wino一样的WIMP暗物质丰度不足，使非热DM生产机制是必要的。我们研究的情况下，理论与葡萄酒般的LSP增加了一个Peccei-Quinn部门，包括一个axion-axino-saxion超多重态的超对称性KSVZ或超对称性DFSZ模型和/或没有saxion衰变到axion-axino。我们给出了各种情况下PQ破缺尺度f_a的允许范围，这些情况是通过求解必要的耦合玻尔兹曼方程产生的。我们还提出了一个模型的结果与辐射驱动的自然，但与葡萄酒一样的LSP。
2015-02-25 astro-ph.CO hep-ph
SUSY under siege from direct and indirect WIMP detection experiments
我们通过直接和间接的暗物质搜索实验，研究了在超对称模型中检测WIMP的最新前景。我们研究了几个历史和仍然可行的方案：预测良好的回火中性子（WTN），预测从MasterCode（MC），贝叶斯拟合（BF）和Fittino（FO）的合作，非热wino暗物质（NThW），最后混合轴子higgsino暗物质从超对称性与辐射驱动的自然性（RNS）。由于XENON和LUX合作的最新限制，WTN被排除在外。NThW的情况下，以前在脆弱的地面上，由于伽马线搜索，似乎也排除了最近的结合费米-LAT/MAGIC限制结合新的HESS结果从连续伽马射线。从BF群中排除了MC参数空间和1 TeV higgsino参数空间的大部分。来自RNS的100-300 GeV的类希格斯诺弱相互作用粒子由于其可能的耗尽的局部丰度而幸存下来（在那里轴子可能构成了大部分的暗物质）。吨级稀有液体探测器的预测应该发现或排除这些幸存模型的剩余参数空间的WIMP。
2016-11-29 astro-ph.HE hep-ph
Electroweak Multiplets as Dark Matter candidates: A brief review
本文综述电弱多重态 WIMP 暗物质的理论与实验现状，首次系统计算标量和费米子 WIMP 的热质量并纳入非微扰效应，论证几百 TeV 质量的相容性及未来探测策略。
2024-05-08 astro-ph.CO hep-ph
CMB Constraints On The Thermal WIMP Mass And Annihilation Cross Section
热遗迹，通常被称为弱相互作用大质量粒子（WIMP），是在宇宙早期演化过程中产生的粒子，其现在（遗迹）的丰度仅取决于它的质量和它的热平均湮灭截面（湮灭率因子）σ vann。目前的观测限制，不存在这种影响提供了边界的质量和湮灭截面的遗迹粒子，可能，但不一定是暗物质的候选人。对于暗物质候选者WIMP，CMB约束为湮灭截面设定了一个上限，导致其质量的下限取决于WIMP是否是其自身的反粒子。对于自共轭WIMP，m_min = 50fGeV，其中f是电磁能量效率因子。对于非自共轭的WIMP，最小质量是两倍大。对于暗物质密度的次主导分量WIMP，其质量没有约束，并且由CMB施加的湮灭截面的上限转变为湮灭截面的下限。这些结果概述和量化这里使用最新的CMB约束的稳定，对称（粒子和反粒子的数量相等），WIMP的湮灭是s波为主，和粒子，或不是，自己的反粒子。
2015-03-05 astro-ph.CO hep-ph
$\mathcal O(10) M_\odot$ primordial black holes and string axion dark matter
LIGO-Virgo合作通过探测它们合并时发出的引力波，发现了与$M \sim 30M_\odot$一样重的黑洞。暴胀产生的原始黑洞（PBH）可能是这类事件的起源。虽然很容易假设这些PBH构成所有的暗物质（DM），但对于具有$\mathcal{O} (10) M_\odot$的PBH存在许多限制，这些限制与PBH作为所有DM的想法相矛盾。此外，它是已知的弱相互作用大质量粒子（WIMP），这是一个常见的DM候选人几乎是不可能共存的PBH。这些观察促使我们寻求DM的另一个候选者。本文假设解决强CP问题的弦轴子构成了所有的DM，讨论了LIGO事件中弦轴子DM与暴胀PBH的共存。
2018-01-05 astro-ph.CO hep-ph
Aspects of the WIMP quality problem and R-parity violation in natural supersymmetry with all axion dark matter
该研究探讨了自然超对称中全轴子暗物质场景，分析了离散R对称性破缺导致的算符抑制、精确LSP衰变率，并利用LHC数据对RPV耦合施加严格上限，以确保LSP具有高RPC质量。
2025-05-25 hep-ph hep-th
Nuclear spin-dependent interactions: Searches for WIMP, Axion and Topological Defect Dark Matter, and Tests of Fundamental Symmetries
我们计算质子和中子的自旋贡献的核使用半经验的方法，以及一种新的混合\emph{ab initio} /半经验的方法，解释实验数据。我们表明，核心极化修正\emph{ab initio}核壳模型计算一般减少质子和中子自旋期望值的差异，从不同的计算。我们推导出约束的自旋相关的P，T-违反相互作用的束缚质子与核子，这对于一定范围内的交换赝标玻色子质量提高了几个数量级的最严格的实验室限制。我们得出的CPT和洛伦兹不变性违反参数$|\tilde{b}_{\perp}^p| < 7.6 \times 10^{-33}$ GeV，这提高了最严格的现有限制的一个因素8，并证明灵敏度的参数$\tilde{d}_{\perp}^p$和$\tilde{g}_{ D\perp}^p$的水平$\sim 10^{-29} - 10^{-28}$ GeV，这是一个数量级的改进相比，相应的现有的灵敏度。我们扩展以前的分析核的顶点矩数据Cs获得新的限制其他几个CPT和洛伦兹不变性违反参数：$\left|b_0^p \right| < 7 \times 10^{-8}$ GeV，$\left|d_{00}^p \right| < 8 \times 10^{-8}$，$\left|b_0^n \right| < 3 \times 10^{-7}$ GeV和$\left|d_{00}^n \right| < 3 \tim…
2015-01-22 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
WIMP Meets ALP: Coherent Freeze-Out of Dark Matter
Cornell University（康奈尔大学）
本文研究了WIMP与ALP通过二次耦合相互作用的宇宙学历史，发现相干前向散射导致温度依赖的质量移位，改变了WIMP冻结和ALP不对称动态，提出了一种新的相干冻结机制。强温度下，WIMP热浴自发打破ALP势能对称性，使场移至新真空，从而降低WIMP有效质量并延迟其冻结。根据耦合强度，对称性恢复通过一级相变或交叉。在一级相变中，暗物质仅由WIMP组成，其延迟冻结允许湮灭截面比标准值高三个数量级，但仍产生正确 relic 密度。在交叉中，WIMP和ALP均可贡献暗物质。发现ALP奇迹：Planck 抑制的二次耦合使ALP丰度与观测暗物质密度相当，与初始位移和质量无关。
2026-04-28 astro-ph.CO hep-ph
The Fraternal WIMP Miracle
我们确定和分析热暗物质候选人在异卵双胞胎希格斯模型及其推广。异卵双生暗物质的残余丰度是由孪生弱相互作用决定的，其尺度与标准模型的弱尺度紧密相连。因此，暗物质候选者受益于“兄弟般的WIMP奇迹”，再现了观测到的质量在50到150 GeV之间的暗物质暗物质丰度。然而，主要负责暗物质湮灭的耦合并不导致与可见部分的相互作用。直接探测率是通过费米子希格斯门相互作用来设定的，这同样受到自然性考虑的约束，但在参数上比导致暗物质湮灭的要弱。预测的直接检测截面接近于当前的LUX界限，并且为下一代直接检测实验提供了机会。
2016-02-01 astro-ph.CO hep-ph
WIMPs with GUTs: Dark Matter Coannihilation with a Lighter Species
提出了一种新的超重暗物质热冻结机制。暗物质与较轻的不稳定物质共湮灭，导致湮灭率相对于标准WIMP呈指数级增强。这种情况使任何潜在的暗物质候选者都不稳定。为了与天体物理观测保持一致，我们的提议需要非常长的寿命状态，激发了与超重暗物质晚期衰变相关的惊人现象学，可能与大统一理论的尺度$M_\text{GUT} \sim 10^{16}$ GeV一样大。
2017-04-26 astro-ph.CO hep-ph
Are direct search experiments sensitive to all spin-independent WIMP candidates?
对自旋无关弱相互作用大质量粒子（WIMP）直接搜索的一般分析假设自旋无关的WIMP与两个核子的耦合强度相同，\textit{i.e.}认为自旋无关的相互作用也是完全的同位旋无关的。虽然在一个完全依赖于同位旋的相互作用的情况下，自旋无关的WIMP核截面强烈淬火，领先的实验仍然足够敏感，设置限制1-2个数量级的严格比传统的。在依赖于同位旋的情况下，CDMS-II和ZEPLIN-I的极限之间的差异显著减小。在这里，一个模型独立的框架进行了讨论，并应用于获得当前的一般模型独立的限制。
2005-04-18 astro-ph hep-ph
Dimensionless constants, cosmology and other dark matters
我们确定了粒子物理学和宇宙学所需的31个无量纲物理常数，并强调微物理约束和选择效应可能有助于阐明它们的起源。轴子宇宙学提供了一个有启发性的例子，在这个例子中，这两种论证都必须考虑在内，并且很好地协同工作。如果Peccei-Quinn相变发生在暴胀之前或暴胀期间，那么轴子暗物质密度将随概率分布而变化。通过计算净暗物质晕形成率作为所有四个相关的宇宙学参数的函数，并评估其他约束条件，我们发现，这种概率分布，计算在稳定的太阳系，可以说是在观测到的暗物质密度附近达到峰值。如果发现了与宇宙学相关的WIMP暗物质，那么人们自然会期望WIMP和轴子的密度相当，这使得进行精确测量以确定WIMP是否可以解释所有的暗物质或仅仅是其中的一部分变得重要。
2006-01-11 astro-ph hep-ph hep-th
Natural SUSY with mixed axion/axino dark matter
University of Oklahoma（俄克拉荷马大学）；University of Wisconsin, Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
研究自然SUSY中混合轴子/轴子暗物质的可能性，探讨轴子和轴子的质量范围及对暗物质丰度的影响。
2026-04-06 hep-ph
Direct detection of WIMPs
一般的弱相互作用大质量粒子（WIMP）是解释我们宇宙中冷暗物质的最有吸引力的候选者之一，因为它将以正确的丰度热产生，以解释观测到的暗物质密度。WIMP可以直接通过其与目标材料的弹性散射来搜索，并且目前正在进行或计划进行各种实验。在这些笔记中，我们概述了WIMP的直接检测率的理论计算以及不同的检测信号。我们讨论了各种成分（从粒子物理学和天体物理学），进入计算，并审查在粒子物理模型中直接检测WIMP的理论预测。
2010-02-09 astro-ph.CO hep-ph
Searching for super-WIMPs in leptonic heavy meson decays
研究了轻子衰变$m_X \sim \mathcal{O}(1 - 100)$中玻色超弱相互作用粒子（super-WIMP）暗物质（DM）模型的约束条件，其中$M=B^\pm, D^\pm, D_s^\pm$是重介子态.我们专注于两种情况下，$X$表示轻赝标量（类轴子），或轻矢量状态，耦合到标准模型（SM）通过动力学混合。我们注意到，对于一个小的DM质量，这些衰变是分别敏感的DM耦合到夸克，但不是它的质量。
2012-01-04 hep-ex hep-ph
Predicted rates for direct WIMP searches
讨论了直接探测暗物质的微分事件率，包括时间平均的和由于地球运动而调制的事件率。计算的重点是相对较轻的冷暗物质候选者（WIMP）和低能量转移。结果表明，对于某些WIMP质量的调制幅度可能改变符号。这种效应可以被利用来产生关于候选暗物质质量的信息。
2012-01-26 hep-ph
Precise WIMP Dark Matter Abundance and Standard Model Thermodynamics
弱相互作用大质量粒子（WIMP）是暗物质的主要候选者。WIMP的暗物质丰度是由冻结机制决定的。一旦我们知道了WIMP粒子的质量和相互作用等性质，我们就可以预测暗物质的丰度。然而，在对WIMP暗物质丰度的估计中存在一些不确定性。在这项工作中，我们集中在标准模型热力学的影响。我们回顾了WIMP暗物质丰度的估计及其不确定性，由于状态方程（EOS）的标准模型。采用最新的早期宇宙标准模型的物态方程估计值，发现1-1000 GeV的暗物质丰度与传统的物态方程估计值相差近10%。
2020-08-05 astro-ph.CO hep-ph
Leptogenesis scenarios for natural SUSY with mixed axion-higgsino dark matter
具有辐射驱动的电弱自然性的超对称模型需要质量约为100-300 GeV的轻希格辛。QCD扇区中的自然性通过Peccei-Quinn（PQ）轴子引起，导致混合轴子-higgsino暗物质。超对称DFSZ轴子模型提供了超对称μ问题的一个解决方案，而小层次μ m_{3/2}可能是PQ和隐藏扇区质量尺度不匹配的结果。传统的引力子问题现在被axino和saxion问题所扩展，因为后者的粒子也可以导致WIMP或暗辐射的过度产生，或者违反BBN约束。我们计算区域的T_R与m_{3/2}平面允许的BBN，暗物质和暗辐射的限制，为各种PQ尺度的选择f_a。这些地区相比，热leptogenesis，非热leptogenesis，振荡sneutrino leptogenesis和阿弗莱克-丁leptogenesis所需的值。后三个在PQ尺度f_a~ 10^{10}-10 12} GeV的参数空间的宽范围内是允许的，这也是自然性所支持的：f_a~ \sqrt{μM_P/λ_μ} \sim 10^{10}-10 12} GeV。这些f_a值对应于稍高于投影ADMX搜索区域的轴子质量。
2015-10-02 astro-ph.CO hep-ph
Prospects for Beyond the Standard Model Physics at the Start of the LHC13 era
随着希格斯玻色子的发现和超对称粒子的有力证实，再加上新粒子的不出现，导致了明显的自然性危机。我们认为，危机源于对微调的高估。一个适当的评估自然超对称性导致轻希格斯玻色子与质量mu~ 100-300 GeV，而其他sparticles可能居住在多TeV的范围内，几乎没有成本的自然性。在LHC 13中可能会出现一些特殊的特征，如在胶子对事件中的双轻子质量边和来自维诺对的同号双玻色子。\sqrt{s} >2 μ的ILC将在MSSM中进行自然性的确定性测试。QCD扇区的自然性要求轴子导致混合轴子-WIMP暗物质。电弱自然性与产生μ ~ f_a^2/M_P参数的类DFSZ超对称轴子扇区之间有着深刻的联系。最终，我们期望在吨级DM探测器上探测到类似希格斯诺的WIMP，并在ADMX上探测到DFSZ型轴子。
2015-11-16 hep-ph
Fitting formulae for photon spectra from WIMP annihilation
不同的暗物质（DM）候选者湮灭成标准模型（SM）粒子可以通过它们对地球上测量的伽马射线通量的贡献来检测。这种贡献的大小取决于特定的DM候选者，但是可以以模型无关的方式分析所产生的光子光谱的某些印记。在这项工作中，我们提供了在广泛的WIMP质量范围内由WIMP湮没到夸克、轻子和规范玻色子通道中产生的光子谱的拟合公式。
2010-12-20 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Environmentally Selected WIMP Dark Matter with High-Scale Supersymmetry Breaking
我们探讨的可能性，无论是弱标度和热遗迹暗物质丰度的环境选择在一个多元宇宙。一个包含MSSM和单态的超对称理论，在统一尺度上具有超对称性和R对称性破缺，只有两个现实的低能有效理论。其中一个理论是（SM + \tilde{w}），它是只被维诺增强的标准模型，质量接近3 TeV，希格斯玻色子的质量在（127 - 142）GeV之间。另一个理论，（SM + \tilde{h} / \tilde{s}），在标准模型中加入了希格斯诺斯和一个单玻色子。希格斯玻色子的质量取决于理论中新的汤川耦合y，当y很小时，它的质量接近141 GeV，但当这种新的耦合在高能时接近强耦合时，它的质量会增长到210 GeV。该理论的大部分参数空间将通过直接探测搜索暗物质来探索，这些暗物质将比目前的界限低两个数量级;此外，暗物质质量和核子的截面与希格斯玻色子质量相关。计算了来自银河系中心的单色光子的间接探测信号，并探讨了LHC搜索三轻子事件可能使用的参数范围。从更广泛的角度来看，允许R对称性保护的可能性TeV规模或轴子暗物质，我们发现四个以上的理论：（SM +轴子），两个版本的分裂超对称性，和E-MSSM，其中一个小的超对称层次的预测。希格斯粒子的特殊质量值为（141 \pm 2）GeV，出现在六种理论中的三种理论的对称极限中，即（SM +轴子）、（SM + \tilde{w}）和（SM + \tilde{h} / …
2009-12-19 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Recent results from the canfranc dark matter search with germanium detectors
两个锗探测器目前正在2450兆瓦的Canfranc地下实验室工作，寻找WIMP暗物质。一个是2公斤76锗IGEX探测器（RG-2），其能量阈值为4 keV，低能本底率约为0.3 c/keV/kg/天。另一个是小型（234克）天然丰度锗探测器（COSME），低能量阈值（2.5千电子伏）和0.4千电子伏的能量分辨率在10千电子伏，这是寻找弱相互作用粒子和太阳轴子。对COSME在通过光子普里马科夫转换和Ge晶体中的布拉格散射寻找太阳轴子过程中获得的73 kg-天的数据进行分析，得出了95%的C.L.轴子-光子耦合的极限g < 2.8 10^-9 GeV^-1。这些数据，分析WIMP搜索提供了一个排除图WIMP核子自旋无关的相互作用，提高了以前的图在低质量区。另一方面，排除图来自RG-2 IGEX探测器的60千克-天的数据，提高了排除限制来自其他电离（非热）锗探测器实验在该地区的WIMP质量从30至100 GeV最近挑出的DAMA年度调制效应的报告。
2000-11-27 astro-ph hep-ex hep-ph
Direct detection of WIMPs : Implications of a self-consistent truncated isothermal model of the Milky Way's dark matter halo
在基于无碰撞暗物质相空间分布函数“King模型”的银河系有限尺寸暗晕自洽截断等温模型的背景下，研究了直接探测暗物质的弱相互作用大质量粒子（WIMP）候选者的问题.我们的晕模型考虑到了由于观测到的可见物质的引力影响，以自洽的方式对晕的相空间结构进行了修改。晕模型的参数是通过拟合最近确定的银河系的圆形旋转曲线来确定的，该曲线延伸到$\sim$ 60 kpc。与通常用于分析WIMP直接探测实验结果的标准Halo模型（SHM）不同，在我们的模型中WIMP的速度分布是非麦克斯韦的，在最大速度处具有自洽的截止值。对于我们的晕圈模型，它提供了旋转曲线数据的最佳拟合，90% C.L.例如，根据CDMS-II实验的最新结果，在WIMP质量为$\sim$ 71 GeV时，WIMP-核子自旋无关截面的上限是$\sim 5.3\times10^{-8}\pb$。我们还发现，使用原来的2箱年度调制幅度数据的DAMA实验，存在一个范围内的小WIMP群众，通常为$\sim$ 2 - 16 GeV，在其中DAMA合作的声称年度调制信号据称是由于WIMP是兼容的空结果的其他实验。这些结果加强了低质量（$\lsim 10\gev$）WIMP作为暗物质候选者的可能性，正如在SHM背景下进行的几项早期研究所表明的那样。更严格的分析，使用DAMA箱在较小的间隔应该能够更好地约束“DAMA区域”在我们的模型的上下文中的WIM…
2010-08-17 astro-ph.CO hep-ph
Alternative dark matter candidates: Axions
轴子可以说是暗物质的最佳候选者之一。当衰变常数大于10^9 GeV时，轴子在早期宇宙中主要是以非热的方式产生的，因此是“冷的”，它们的速度色散小到足以适应大尺度结构。此外，如此大的衰减常数确保了宇宙学时间尺度的稳定性和宇宙学长度尺度下无碰撞流体的行为。在这里，我们回顾了轴子暗物质的预测和实验室实验中寻找轴子暗物质的实验努力的艺术状态。
2016-12-28 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
All axion dark matter from supersymmetric models
该研究提出在超对称模型中引入离散R对称性，通过中间能标破缺产生DFSZ轴子，使LSP不稳定衰变，最终实现全轴子冷暗物质宇宙，与LZ-2024实验结果一致。
2025-03-27 hep-ph hep-th
WIMPflation
我们提出了一类模型，其中一个稳定的暴胀子产生的早期宇宙中的热遗迹，并构成了暗物质。我们表明，暴胀子湮灭可以有效地重新加热宇宙，并确定几个例子的暴胀潜力，可以容纳所有的宇宙微波背景观测和暴胀暗物质候选人具有弱标度质量。作为一个简单的例子，我们考虑通过希格斯门相互作用发生的湮灭，从而为未来的直接探测实验带来令人鼓舞的前景。
2018-07-09 astro-ph.CO hep-ph
Predicted modulated differential rates for direct WIMP searches at low energy transfers
讨论了直接探测暗物质的微分事件率，包括时间平均的和由于地球运动而调制的事件率。计算的重点是相对较轻的冷暗物质候选者（WIMP）和低能量转移。结果表明，对于足够轻的WIMP，提取较大的核子截面是可能的。此外，对于某些WIMP质量，调制幅度可能会改变符号，这意味着在这种情况下，最大速率可能会比天真地预期的晚六个月。这种效应可以被利用，以产生信息的质量的暗物质候选人，如果和当观察事件率的调制建立。
2011-09-01 hep-ph
