Displaced tracks as a signal of dark matter co-annihilation: a case study using inert doublet model at $e^+e^-$ collider
Indian Institute of Technology, Guwahati（印度加尔各答理工学院）；Wilczek Quantum Center, Shanghai Institute for Advanced Studies（韦泽克量子中心，上海高等研究院）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Indian Institute of Science Education and Research Kolkata（印度科学教育与研究学院加尔各答分校）
本研究以惰性二重态模型为例，探讨正负电子对撞机上暗物质共湮灭产生的 displaced 径迹信号，分析不同质量差下的信号转变，表明未来轻子对撞机可探测压缩暗物质场景的相关相互作用。
2026-10-15 hep-ph
Minimal Freeze-in Dark Matter: Reviving electroweak doublet dark matter with Boltzmann suppressed freeze-in
New York University Abu Dhabi（阿布扎比纽约大学）；University of Illinois Chicago（伊利诺伊大学芝加哥分校）
该研究探讨了通过电弱相互作用与标准模型通信的暗物质，并展示了当其质量超过10^10 GeV时，电弱双态暗物质可以避免直接探测。通过高维算符将中性狄拉克费米子分裂为伪狄拉克对，这一限制可以降低至300 GeV。如果暗物质质量高于宇宙再加热温度，其产生率始终低于哈勃率，因此暗物质不会热化。该研究结合直接探测约束（如LZ）和Darwin的发现潜力，提出了最简的冻结注入暗物质模型，兼具优雅性和高度预测性。
2026-05-19 astro-ph.CO hep-ph
Probing conversion-driven freeze-out at the LHC
本文研究了LHC上转化驱动冻结机制中长寿命粒子衰变为暗物质的现象，系统评估了四类现有搜索的适用性与限制，并提出改进位移顶点搜索可显著提升探测灵敏度。
2024-09-02 hep-ph
LHC-friendly minimal freeze-in models
我们提出了简单的冻结模型，其中所观察到的暗物质丰度解释通过衰变的带电和/或有色母粒子弱相互作用大质量粒子（FIMP）。母粒子是长寿命的，并根据其寿命和量子数产生各种各样的LHC签名。我们评估目前的限制和未来的高亮度达到这些方案在大型强子对撞机从搜索重稳定的带电粒子，消失的轨道，位移顶点和位移轻子。我们表明，大型强子对撞机构成了一个强大的探针冻结在暗物质，并可以进一步提供有趣的见解香草重子和leptogenesis方案的有效性。
2018-11-13 hep-ex hep-ph
Probing displaced (dark)photons from low reheating freeze-in at the LHC
Facultad de Ingeniería, Universidad San Sebastián（塞巴斯蒂安大学工程学院）；Millennium Institute for Subatomic Physics at the High-Energy Frontier (SAPHIR)（高能前沿亚原子物理千年研究所（SAPHIR））；Instituto de Física, Pontificia Universidad Católica de Chile（智利天主教大学物理研究所）；Instituto de Física, Facultad de Ciencias, Universidad de la República（共和国大学理学院物理研究所）；Sección Física, Departamento de Ciencias, Pontificia Universidad Católica del Perú（秘鲁天主教大学科学院物理组）
该研究通过引入暗光子和伪标量场，探讨低温冻结机制下暗物质的生成及LHC上通过希格斯衰变信号的检验。
2026-02-03 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Dark Matter Freeze-out during $\mathrm{SU}(2)_{\rm L}$ Confinement
我们探讨的可能性，暗物质是一对矢量的费米$\mathrm{SU}(2)_{\rm L}$双峰，并提出了一种新的机制，暗物质生产收益通过限制的弱扇区的标准模型。这个限制阶段导致标准模型的二重态和暗物质被限制在π介子中。暗π介子在弱扇区分解之前冻结，并产生大量的暗物质。我们解决了玻尔兹曼方程的这种情况下，以确定规模的约束和组成暗物质质量所需的生产所观察到的遗物密度。我们确定该参数空间的哪些区域逃避直接检测，碰撞边界，并成功地产生观测到的暗物质的遗迹密度。对于TeV尺度的类矢量费米$\mathrm{SU}(2)_{\rm L}$二重态，我们发现弱限制尺度为$\sim 700$ TeV.
2021-12-16 hep-ph
Displaced Heavy Neutral Lepton from New Higgs Doublet
本研究提出亲中微子希格斯二重态衰变产生位移重中性轻子的新机制，其衰变不受小混合参数抑制，模拟显示14 TeV HL-LHC和3 TeV CLIC可探测更宽参数空间，覆盖跷跷板机制预测范围。
2024-06-24 hep-ex hep-ph
Collider fingerprints of freeze-in dark matter produced during the fast expansion phase of Universe
本文研究宇宙快速膨胀阶段下矢量-like夸克衰变产生冻结入暗物质的情形，提出利用增强型胖喷流、缺失横动量、单圈QCD修正和提升决策树分析在14 TeV LHC上探测该模型的新搜索策略。
2025-07-29 hep-ph
Anatomy of singlet-doublet dark matter relic: annihilation, co-annihilation, co-scattering, and freeze-in
本研究系统分析了单态-双态暗物质遗迹的参数空间，首次纳入共散射过程，发现小混合角下传统退耦假设失效，且共散射使正确遗迹密度参数空间向LHC和MATHUSLA的探测范围偏移。
2025-10-14 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
When Freeze-out Precedes Freeze-in: Sub-TeV Fermion Triplet Dark Matter with Radiative Neutrino Mass
我们提出了一个最小的预测方案的暗物质和辐射中微子质量的遗迹丰度的暗物质产生的混合设置包括热冻结以及非热冻结机制。考虑到三个副本的费米子三重态和一个标量二重态，在一个完整的$\mathbb{Z}_2$对称性下的奇数，负责中微子质量的辐射起源，我们认为最轻的费米子三重态作为一个暗物质的候选人，它仍然在通常的热冻结在sub-TeV制度下丰富。$\mathbb{Z}_2$ -奇标量偶衰变为暗物质的晚期衰变作为非热（冻结）贡献，不仅填补了热暗物质的不足，而且还限制了母粒子的参数空间，从而产生了正确的暗物质残余丰度。除了显示出与纯粹冻结和纯粹冻结暗物质的场景有有趣的区别之外，该模型仍然可以通过碰撞机上消失的电荷径迹签名，可观察到的暗物质的直接和间接检测率以及几乎消失的最轻中微子质量的预测来进行测试。
2018-09-10 astro-ph.CO hep-ph
Soft displaced leptons at the LHC
软位移轻子是与标准模型弱耦合的压缩暗扇区的典型对撞机特征。主要的目标是暗物质的情况下，共同散射或共同湮灭设置的遗迹丰度冻结。在大型强子对撞机上，寻找软位移轻子受到来自强子或τ轻子衰变的大背景的挑战。在这篇文章中，我们提出了一个分析量身定制的位移轻子在20 GeV的低横向动量阈值。使用神经网络，我们进行了全面的分析事件的运动学，包括研究预期的检测效率和背景在小动量。我们的结果表明，弱尺度粒子衰变为软轻子的衰变长度在1毫米和1米之间，可以探测LHC运行2的数据。这激发了对专用触发器的需求，以最大限度地提高对移位软轻子的灵敏度。
2020-11-23 hep-ex hep-ph
Dark Matter from the Inert Doublet Model
惰性双态模型是标准模型的扩展，包括一个额外的“惰性标量双态”和精确的$Z_2$对称性。"惰性标量“为暗物质提供了一个新的候选者。我们提出了一个系统的暗物质丰度的分析，假设标准的冻结机制，并调查直接和伽马间接检测的潜力。我们表明，暗物质候选人饱和的WMAP暗物质密度在两个相当独立的质量范围内，一个在40和80 GeV之间，另一个超过400 GeV。我们还表明，该模型应该在未来的实验，如玻璃和EDELWEISS II或ZEPLIN的范围内。
2007-06-01 hep-ph
Signatures of Long-Lived Heavy Neutral Leptons from Neutrinophilic Charged Higgs Pair Production at the LHC
University of Alabama（阿拉巴马大学）；Sogang University（西江大学）
本文研究了在LHC上通过电荷Higgs对产生长寿命重中性轻子的顶点位移特征，探讨了单个和双顶点信号的观测可能性。
2026-11-04 hep-ex hep-ph
Demystifying Freeze-In Dark Matter at the LHC
冻结机制在早期宇宙中提供了强大的暗物质生产。由于其微弱的相互作用，冻结的暗物质在碰撞机上留下信号，这些信号通常与长寿命粒子衰变和随之而来的位移顶点（DV）有关。本文提出了一种在LHC上读出DV事件中粒子质谱的方法。我们证明了我们的方法巧妙地在有限的统计数据，检测器分辨率和拖尾效应下工作。大型强子对撞机的DV信号可能来自于高度抑制的相空间，也可能来自于粒子衰变过程的微弱耦合。通过测量不可见粒子的质量谱，人们可以区分这两种情况，从而在LHC上提取早期宇宙中主要冻结过程的信息。
2020-01-20 hep-ex hep-ph
Probing a light long-lived pseudo-scalar from Higgs decay via displaced taus at the LHC
研究LHC中Higgs衰变为轻长寿命CP奇标量加Z玻色子，以对齐2HDM为例，通过Monte Carlo模拟发现累积亮度300 fb^-1时信号可探测，建议开展实验搜索。
2025-03-03 hep-ph
Phenomenology of charged scalars in the CP-Violating Inert-Doublet Model
本文在CP破坏的惰性偶态模型中研究了带电标量eta^ \pm的产生和衰变。该模型是惰性双重态模型的扩展版本，增加了一个额外的希格斯双重态，并提供了新的CP破坏源和暗物质候选者。与2HDM相比，粒子谱增加了两个中性标量和一个带电对。这些粒子服从Z_2对称性，但在强子碰撞中可以成对产生。如果一个带电标量被包括在这对中，它会衰变为稳定的暗物质候选者（即，最轻的中性惰性标量）加上标准模型物质，该物质由两个喷流或单个轻子（来自虚或实W或Z）加上缺失的横向能量组成。由于单一的生产渠道是只在强子对撞机，我们认为大型强子对撞机的环境，因此，我们讨论了实验的角度和可能的特点的模型，如事件与位移顶点。
2013-02-15 hep-ph
Long-Lived Staus and Displaced Leptons at the LHC
由于大多数大型强子对撞机的搜索都集中在快速签名上，因此特定的长寿命粒子有可能被ATLAS和CMS系统的新物理程序所忽视。虽然在许多情况下，长寿命的超粒子现在严格限制现有的异国情调的搜索，我们指出，高度动机的规范调解模型与斯塔斯作为次轻超粒子（NLSP）已收到较少的关注。我们重铸大型强子对撞机搜索重稳定带电粒子，消失的轨道，和相反的味道轻子与大碰撞参量，以评估目前的各种光谱，包含一个NLSP状态的约束，并发现部分的参数空间的自然性的动机仍然是实验未探索。我们还注意到目前的实验搜索计划中的一个差距：具有大碰撞参量的相同味道的轻子避开了现有的长寿命物体搜索套件。这一差距尤其值得注意，因为在迅速的新物理搜索中对位移轻子的否决可能会系统地丢弃这些事件。我们讨论了几个有动机的模型，可以表现出相同的味道位移轻子：规范调解与co-NLSP slepton，扩展规范调解，R-宇称违反，和轻子味的暗物质冻结在早期宇宙的物质主导时代。为了解决这一差距，我们提出了一个简单的扩展CMS搜索轻子大碰撞参量，并在13 TeV的项目敏感性，这些情况下。在整个分析过程中，我们强调了几种方法，LHC搜索异国情调的长寿命物体可能会提高他们的灵敏度位移轻子起源于规范调解和超越。
2016-04-14 hep-ph
Baryogenesis and dark matter freeze-in from Higgs interactions
Williams College（威廉姆斯学院）；Harvey Mudd College（哈维穆德学院）
该模型通过TeV级矢量样费米子衰变产生冻结暗物质，并利用CP破坏相位生成重子不对称性，受LHC和结构形成探测显著约束。
2026-09-22 hep-ph
The inert doublet model of dark matter revisited
惰性二重态模型是标准模型的最小扩展，由第二个希格斯二重态组成，与夸克或轻子没有直接耦合，是可以解释暗物质的最简单的方案之一。本文详细研究了暗物质湮灭到三体末态对惰性偶极模型唯象的影响。我们发现，这种新的湮灭模式占主导地位，在参数空间的相关部分，在前面的分析中考虑到两体最终状态。在此基础上，对遗迹密度的计算进行了修正，并对模型的可行区域进行了位移。在得到不同参数下的真实可行区域后，我们计算了惰性希格斯暗物质的直接探测截面，发现它比只得到两体末态的直接探测截面小两个数量级。这些结果的其他影响，包括修改的希格斯衰变宽度和惰性希格斯暗物质的间接检测签名，也简要考虑。因此，我们证明了进入三体末态的湮灭是不可忽略的，因为它对惰性偶线模型的整个唯象学有重要的影响。
2010-07-21 hep-ph
FIMP DM in the Extended Hyperchargeless Higgs Triplet Model
我们在扩展的超荷（$Y=0$）希格斯三重态模型中对弱相互作用大质量粒子（FIMP）暗物质候选者进行了独家研究。额外的$Z_2$奇中性费米子单线态在另外两个矢量状费米子双线态的支持下扮演着暗物质的角色。单重态费米子和双重态费米子的混合通过冻结机制控制了当前残留物的密度，而额外的双重态费米子有助于获得中微子质量和混合角。我们得到了一个广泛的区域的参数空间，满足当前遗迹密度和中微子质量和混合角。
2021-11-27 hep-ph
Two Higgs Doublet Dark Matter Portal
我们研究了一个费米子暗物质模型，其中暗区和可见区的相互作用是由希格斯门型耦合介导的。具体地说，我们考虑了混合的暗扇区标量与标量的两个希格斯双重模型扩展的标准模型。由于标量交换将导致自旋无关的暗物质-核子散射截面，这样的模型可能受到严格的直接检测约束。此外，新的带电标量的加入引入了非平凡的味道约束。尽管如此，这个模型允许更多的自由比一个标准的希格斯门户场景涉及一个单一的希格斯偶极子，和许多有趣的参数空间是不是很好地近似一个简化模型与一个单一的标量介体。我们进行了详细的参数扫描，以确定满足直接检测，味道，精密电弱，稳定性和微扰性约束的质量和耦合参数，同时仍然通过热冻结产生正确的遗物密度。
2018-01-18 hep-ph
Coannihilation without chemical equilibrium
在共湮灭暗物质的冻结计算中，化学平衡是一个常见的假设。我们探讨了这一假设可能的失败，并找到了一个新的转换驱动的冻结机制。考虑到一个代表性的简化模型的灵感来自超对称性与中性伴子和sbottom状粒子，我们发现在参数空间中的区域非常小的耦合容纳测得的遗物密度。在这个区域，冻结发生在化学平衡之外，暗物质的自湮灭效率非常低。遗迹密度主要取决于玻尔兹曼方程中转换项的大小。由于小的暗物质耦合的参数区域是免疫直接检测，但预测一个有趣的签名消失的轨道或位移的顶点在大型强子对撞机。与冻结或superWIMP场景不同，转换驱动的冻结对再加热结束时的初始条件不敏感。
2017-11-17 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter with Topological Defects in the Inert Doublet Model
我们研究了在惰性双重模型的高质量区$m_{\mathrm{DM}} \gg m_W$中由衰变拓扑缺陷产生的暗物质，该模型扩展了额外的U（1）规范对称性。暗物质态（惰性偶态的中性希格斯态）的密度取决于冻结机制和拓扑缺陷衰变产生的暗物质态（在本例中是宇宙弦）的相互作用。与标准的仅冻结情况相比，这些衰变增加了预测的遗迹丰度，因此惰性双重模型的可行参数空间可以大幅拓宽。特别地，对于给定的暗物质湮灭率，较低的暗物质质量变得可行。我们调查允许的质量范围考虑到从弥漫$γ$射线背景和大爆炸核合成的能量注入率的约束，以及来自直接和间接检测限的暗物质属性的约束。对于惰性双重模型的高质量区域，惰性希格斯质量低至$\sim 200$ GeV是允许的。单位长度弦的质量也有一个上限，因此对称性破缺的尺度也有上限，这取决于在这种情况下的遗迹丰度。根据对弦衰变的假设，极限范围为$10^{12}$ GeV至$10^{13}$ GeV。
2015-07-29 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Dark Freeze-out Cogenesis
我们提出了一种新的机制，多组分暗扇区产生所观察到的暗物质丰度和重子不对称性，从而解决了两者之间的巧合。热冻结的暗物质湮灭成亚稳定的暗伙伴设置的暗物质遗迹丰度，同时提供了重子生成的非平衡条件。亚稳态触发重子不对称性的产生，其衰变后的冻结和潜在的诱导一个时期的早期物质的统治之前，它的衰变。暗物质和重子丰度通过暗区内的数量守恒（共生）而联系在一起。这种“巧合”是GeV到TeV尺度的对称暗物质和暗区与标准模型夸克相互作用的自然结果。我们提出了一个UV完全模型，并探讨其唯象预测，包括暗物质直接检测信号，LHC签名的新的大质量粒子的色荷和长寿命粒子与位移顶点，暗物质引起的核子转换，（外来的）暗物质间接检测信号，和对宇宙学物质功率谱的影响。作为一个副作用，我们提供了一个新的分析处理暗扇区冻结，这可能会证明有用的相关方案的研究。
2022-03-07 astro-ph.CO hep-ph
Kination and the Inert Doublet Model
Université Savoie Mont-Blanc（萨瓦勃朗峰大学）；New York University Abu Dhabi（纽约大学阿布扎比分校）；Laboratoire de Physique de Clermont Auvergne（克莱蒙奥弗涅物理实验室）；Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics, Moscow State University（莫斯科国立大学斯科别尔钦核物理研究所）
惰性双重态模型在kination宇宙学场景中允许暗物质质量窗口，解决了暗物质过量不足的问题。
2025-12-17 astro-ph.CO hep-ph
Inflation and Dark Matter in the Inert Doublet Model
我们讨论了非极小耦合到引力的惰性偶极模型中的暴胀和暗物质，其中惰性偶极是暴胀子，偶极的中性标量部分是暗物质的候选者。我们计算了各种暴胀参数，如$n_s$，$r$和$P_s$，然后进行到再加热阶段，在那里暴胀衰变成希格斯和其他规范玻色子，这是非相对论性的，由于高有效质量。这些玻色子进一步衰变或湮灭，产生相对论性费米子，最终导致宇宙重新加热。在再加热阶段结束时，作为暴胀子的惰性双重态与等离子体的其余部分进入热平衡，其中性成分随后冻结为质量约为2 TeV的冷暗物质。
2017-11-15 astro-ph.CO hep-ph
Composite 2HDM with singlets: a viable dark matter scenario
研究了整体对称性$\text{SO}(7)$破缺为$\text{SO}(5)\times \text{SO}(2)$的非最小复合Higgs模型.该模型的结果是一个复合的双希格斯模型（2HDM）配备了两个额外的单线态，其中最轻的可以是一个可行的暗物质候选人。该模型能够再现正确的暗物质遗迹密度都通过通常的热冻结和通过较重的单线后期衰变。在热冻结的情况下，它是可能的，以逃避目前的实验限制，即使是最小的微调所允许的电弱精密测试。
2019-11-19 hep-ph
The FIMP-WIMP dark matter in the extended singlet scalar model
我们探索最简单可行的暗物质模型与一个真正的单重标量，矢量类单重态和二重态费米子。与费米子扇区相关联的汤川耦合对通过冻结机制获得电流遗迹密度起着至关重要的作用。我们讨论了最近的μ子异常磁矩实验数据和遗迹密度的约束。我们还进行了对撞机分析的FIMP暗物质的背景下，14 TeV的LHC实验与MATHUSLA 100/200探测器。我们的分析表明，在14 TeV大型强子对撞机上，使用积分亮度$\mathcal{L}=10^6 ~{\rm fb^{-1}}$可以获得足够的重电荷费米子轨道事件$>3$。
2022-01-24 hep-ph
The Inert Doublet Model and Inelastic Dark Matter
DAMA/NaI和DAMA/Libra观测到的周年调制可以用暗物质粒子的弹性或非弹性散射来解释。在本文中，我们面对这两种情况下的一个非常简单的扩展的标准模型，惰性双重模型（IDM）的框架内。在这个模型中，候选的暗物质是一个标量，是额外的希格斯双重态中最轻的成分。我们首先重新审视的情况下，弹性散射的轻标量WIMP，M_DM~10 GeV，一个场景，这需要一小部分的事件在DAMA通道。第二，我们考虑非弹性暗物质（iDM）的可能性。在IDM中，这个选择在技术上是自然的，因为最轻和次轻中性标量之间的质量分裂可能会受到Peccei-Quinn（PQ）对称性的保护。结果表明，MDM在~535 GeV ~50 TeV之间的候选体可以重现DAMA数据，并具有与WMAP一致的宇宙丰度。如果我们利用近似PQ对称性被有效地保存的可能性，并且暗区中的原始不对称性可以存活直到冻结，那么这个范围可以扩展到约50 GeV的候选者。
2009-10-27 hep-ph
A Duet of Freeze-in and Freeze-out: Lepton-Flavored Dark Matter and Muon Colliders
该研究探索轻子味暗物质模型在未来μ子对撞机的信号，发现暗物质冻结产生与媒介子冻结析出的相互作用给出暗物质质量TeV量级上限，证实该模型可作为μ子对撞机新物理研究的通用基准。
2024-07-08 hep-ex hep-ph
Probing Baryogenesis with Displaced Vertices at the LHC
非对称宇宙重子丰度的产生需要偏离早期宇宙的热平衡。在一大类重子生成模型中，重子不对称性是由一个新的大质量粒子的非平衡衰变引起的。我们强调，在有趣的情况下，这种粒子有一个弱标度的质量，这种不平衡的条件需要一个适当的衰变长度大于O（1）mm。这样的新领域是在大型强子对撞机的范围内，在那里他们可以成对产生留下一个独特的，位移顶点签名。这种情况在最近提出的重子生成机制中得以实现，其中重子不对称性是通过亚稳定弱相互作用大质量粒子的冻结和随后的衰变产生的（“WIMP重子生成”）。类似于对WIMP暗物质的能量搜索，LHC是通过低背景位移顶点通道对这些负责重子生成的新的长寿命粒子的极好探测器。在我们的论文中，我们估计的限制简化模型的启发WIMP重子从两个最敏感的对撞机搜索CMS和ATLAS与8 TeV的LHC数据。我们还估计了LHC达到13 TeV使用当前的策略，并证明了O（10）的横截面限制的改善，可以通过需要两个位移顶点，同时降低运动学阈值。对于通过电弱相互作用产生的亚稳态WIMP，高亮度LHC对质量高达2.5 TeV，寿命约为1 cm，而对于通过离壳-希格斯门产生的单线态，LHC对基准质量约为150 GeV的O（50）ab的产生截面敏感。我们的分析和建议也普遍适用于其他新物理学，如隐谷模型，双希格斯模型和位移超对称位移顶点签名。
2015-07-08 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
The CTA aims at the Inert Doublet Model
我们表明，切伦科夫望远镜阵列（CTA）可以现实地挑战惰性双重模型，不包括其沉重的制度高达800 GeV的暗物质质量和探测的大部分剩余的可行的参数空间，甚至更高的质量。Inert Doublet模型的两个特性使其特别适合CTA搜索。首先，暗物质质量（在重态）必须大于500 GeV。其次，暗物质湮灭截面$σv$总是大于热物质湮灭截面，其值高达$10^{-25} \mathrm{cm^3s^{-1}}$。这个较高的$σv$值是不可避免的共融效应的结果，这种效应通过早期宇宙中的热冻结来确定遗迹密度。我们发现，与100小时的银河系中心曝光，CTA的预期极限远远超过，即使在包括系统误差，目前和预计的界限从费米-LAT和HESS在这个模型上。
2016-04-12 astro-ph.HE hep-ph
Probing a long-lived pseudoscalar in type-I 2HDM with displaced vertices and jets at the LHC
Yantai University（烟台大学）；Hefei University of Technology（合肥工业大学）
研究在LHC上通过位移顶点和喷注探测类型I二双态模型中长寿命赝标量A的发现前景，分析其在不同参数空间中的排除情况。
2026-03-29 hep-ex hep-ph
Jet substructure probe to unfold singlet-doublet dark matter in the presence of non-standard cosmology
针对非标准宇宙学下单态-双态暗物质非热产生需高相互作用率且难以通过长寿命粒子探测的问题，提出利用大质量玻色子boosted衰变产生的双胖喷注及缺失横动量，结合多变量分析在HL-LHC探测并约束暗物质参数空间。
2023-06-29 hep-ph
Slightly Ultra-violet Freeze-in a Hidden Gluonic Sector
暗胶球（DGB）是一个简单的非WIMP暗物质候选者，其特征参数非常少。然而，它遭受过密的问题。为了克服它，一般来说，暗扇区需要在层次上比可见扇区更冷。为了自然地产生所需的层次，在本文中，我们引入高维算子耦合的暗规范场强度张量的标准模型（SM）希格斯偶或规范场强度张量。通过跟踪宇宙的不同阶段，从结束的膨胀，预热化，再加热的辐射占主导地位的时代，我们表明，这些运营商可以使DGB是一个可行的暗物质候选人在一个广泛的质量区域，从sub-GeV到多PeV甚至更高。同时，这些算符打开了DGB到SM粒子的衰变通道，部分参数空间可能在宇宙线中留下线索。
2019-01-30 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino mass, scalar dark matter, and collider signatures in a radiative doublet-triplet model
United Arab Emirates University（阿联酋大学）；University of Doha for Science and Technology（多哈科学技术大学）
该研究提出一个基于T4-3-i拓扑的辐射中微子质量模型，包含惰性标量二重态等粒子，通过$Z_2$对称性稳定暗物质，预测一个无质量中微子，并给出对撞机信号以检验暗物质和中微子性质。
2026-09-09 hep-ph
Next-to-Minimal Freeze-in Dark Matter
New York University Abu Dhabi（阿布扎比纽约大学）；University of Illinois Chicago（伊利诺伊大学芝加哥分校）
本文探讨次最小冻结暗物质模型，分析非瞬时再加热对暗物质生产的影响，并探索电弱暗物质场景下的模型变种与未来发现潜力。
2026-03-31 astro-ph.CO hep-ph
A Unified Theory of Matter Genesis: Asymmetric Freeze-In
提出了一个暗物质起源和重子形成的统一理论。它解释了观测到的DM密度和重子密度之间的联系，并且完全可以通过对撞机实验和精度测试来检验。我们的理论利用DM生产的“热冻结”机制，在从可见到隐藏的衰变中产生粒子反粒子不对称性。重子数和DM数的可计算的、关联的、不对称性是由两个扇区之间的弱相互作用介导产生的，而重子生成所必需的非平衡条件是由可见扇区和隐藏扇区的不同温度提供的。一个说明性的模型，其中可见的部门是MSSM，与相关的CP破坏所产生的相位在高吉诺和希格斯诺群众，和这两个不对称性产生的温度为100 GeV。这种机制的实验信号可能很壮观，包括：在大型强子对撞机上晚期衰变的长寿亚稳态;与这些高度位移的顶点相关的明显的重子数或轻子数违反特征;与观察到的衰变寿命相关的EDM信号并且在计划实验的范围内;以及对暗物质粒子的质量的预测，该暗物质粒子对可见扇区的光谱和电弱相变的性质敏感。
2010-10-01 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Heavy stable charged tracks as signatures of non-thermal dark matter at the LHC : a study in some non-supersymmetric scenarios
我们考虑两个理论方案，每个方案都包括一个$\mathbb{Z}_{2}$奇数扇区，并导致一个基本的暗物质候选者。第一种是III型跷跷板模型的变体，其中一个轻子三重态是$\mathbb{Z}_{2}$奇数，还有一个重的无菌中微子。它导致了一个费米子暗物质，连同三重态的带电成分是一个准稳定的粒子，它只能通过一个被高尺度抑制的高维算子衰变。第二个模型由惰性标量偶和$\mathbb{Z}_{2}$奇右手Majorana中微子暗物质组成。一个微小的汤川耦合延迟了惰性双重态的带电成分衰变为暗物质候选者，使前者在对撞机探测器的规模上寿命很长。每个模型的参数空间都受到大爆炸核合成约束的约束，也通过估计的贡献遗迹密度通过冻结出的长寿命带电粒子以及冻结在生产的暗物质候选人。对于第一种模型，我们考虑了两种在大型强子对撞机上的信号，即双带电径迹和单径迹+ MET。第二类，特征信号是相反的，以及相同的符号的带电轨道对。我们使用与当前实验方案一致的事件选择标准进行详细的分析。结果表明，轻子三重态方案的探测能量可达960（1190）GeV，积分亮度为300（3000）$fb^{-1}$，而惰性双重态方案的积分光度为630（800）GeV.此外，在每种情况下提到的第二种信号使我们能够区分不同的暗物质场景。
2018-01-22 hep-ph
Fermion Dark Matter with $N_2$ Leptogenesis in Minimal Scotogenic Model
在最小暗生模型中研究了单重态费米子暗物质（DM）和轻生的可能性，该模型也提供了DM和轻中微子质量的共同起源。在这种情况下，标准模型（SM）扩展了三个规范单态费米子和一个额外的标量二重态，在内置的$Z_2$对称性下都是奇数，最轻的单态费米子也恰好是最轻的$Z_2$奇数粒子，可以是热或非热DM候选者，这取决于它与SM轻子和$Z_2$奇数标量二重态耦合的强度。在这两种情况下，$Z_2$奇数标量双峰起着重要的作用，无论是通过协助与热DM共湮灭或通过衰变提供非热DM源。较重的$Z_2$奇单线态费米子通过失平衡衰变为SM轻子和$Z_2$奇标量偶线而产生净轻子不对称性。我们表明，生产所观察到的重子不对称性的要求推动轻中微子质量的正常秩序的情况下，几个数量级以上TeV规模的leptogenesis的规模。然而，在反向排序的情况下，有可能在几十TeV的规模下成功地产生$N_2$。在这两种情况下，轻子味效应的加入降低了大约一个数量级的leptogenesis的规模。正确的DM丰度可以通过在参数空间的不同部分中的热冻结或冻结机制来实现，这对于正在进行的实验具有有趣的前景。
2019-11-08 astro-ph.CO hep-ph
Neutral Exotica at FASER$ν$ and SND@LHC
$(g-2)_μ$异常表明，第二代轻子应该有超出标准模型的新的相互作用。FASER $ν$和SND@LHC等正向实验中$ν_μ$和$\barν_μ$的高通量使它们成为寻找第二代轻子新相互作用的合适装置。本文建立了一个第二代左手轻子耦合到一个新的右手中微子$N$和一个新的Higgs二重态的模型。高能$ν_μ$从原子核上的散射可以产生$N$。我们研究如何向前实验可以测试这个模型，通过寻找$N$生产顶点，然后由位移顶点的$N$衰变。即使发现一个这样的事件，也可以成为寻找大型强子对撞机新希格斯双重态产生的壮观信号的预兆。我们讨论了解释$(g-2)_μ$异常的可能性，通过增加更多代的$N$，这将导致链衰变的$N$和多轻子与不同的信号，在向前的实验和CMS和ATLAS探测器。最后，我们证明了通过加入一个新的光单重标量与新的Higgs二重态的中性分量（{ \it，即，} 2 HDM + $S$模型），可以显著增加数据样本的统计量。
2022-02-05 hep-ph
Vector dark matter production from catalyzed annihilation
我们提供了一个简单的矢量暗物质（DM）模型，它可以实现最近提出的催化湮灭的冻结机制。在我们的系统中，一个矢量DM场$X_μ$和一个催化剂场$C_μ$被SU（2）$_D$规范对称性统一.这些规范场通过由二重态和实三重态标量场触发的自发对称破缺获得质量。催化剂颗粒自动地比DM轻，因为它仅从双重标量的真空期望值获得质量。我们还引入了一个5维算符来产生$C_μ$和U（1）$_Y$规范场$B_μ$之间的动力学混合项。由于高UV完成尺度的抑制，该混合项自然很小，因此它允许催化剂在DM冻结后衰减。我们推导了过程$X^\ast+X\to 2C$和$3C\to X^\ast+X$的湮灭截面，并求解了DM和催化剂的Boltzmann方程。我们开发的方程的解析近似解，并发现它们匹配的数值解。考虑了遗迹丰度和DM间接检测的约束。我们发现质量为$m_X\gtrsim4.5$ ~TeV的DM在长寿命催化剂的情况下仍然存在。另一方面，如果催化剂在催化湮灭时期衰变，那么束缚可以被释放。我们还讨论了两种范式，可以保持DM的动力学平衡，直到DM冻结出来。在这两种情况下，DM的冻结温度比原始模型高一个数量级。
2022-01-20 astro-ph.CO hep-ph
Higgs-strahlung at the LHC in the inert doublet model
在惰性双态模型（IDM）框架下研究了LHC上$pp \to W^{\pm} h, Zh$过程，重新审视了SM的NLO预测，发现在冻结机制下偏差仅千分之几不可测，放宽DM限制后偏差达百分之几可观测，并强调了光子诱导实修正和光子PDF提取的重要性，同时展示了自动化工具的开发。
2025-03-02 hep-ph
FIMP realization of the scotogenic model
暗生模型是超越标准模型的最简单的物理学场景之一，可以在TeV尺度上解释中微子质量和暗物质。它包含另一个标量二重态和三个额外的单重态费米子（N_i），在Z_2对称性下都是奇数。在本文中，我们研究的可能性，暗物质候选人，N_1，没有达到热平衡，在早期宇宙，使它的行为作为一个弱相互作用的大质量粒子（FIMP）。在这种情况下，我们发现暗物质的冻结产生完全由奇标量的衰变决定。我们计算得到的暗物质丰度，并研究其依赖模型的参数。冻结机制被证明是能够占所观察到的遗物密度在很宽的范围内的暗物质质量，从千电子伏的TeV规模。除了冻结外，N_1遗迹密度还受到次轻奇粒子晚期衰变的进一步贡献，我们也分析了这种贡献。最后，我们考虑的可能性，暗物质粒子是一个WIMP，但收到额外的贡献，其遗迹密度从FIMP（N_1）的衰变。在这种情况下，通常预期直接和间接检测实验中的重要信号。
2014-05-16 hep-ph
Long-lived charged Higgs at LHC as a probe of scalar Dark Matter
在约束标量暗物质模型（CSDMM）下，研究了LHC实验中惰性带电Higgs玻色子$H^\pm$的产生和衰变。在CSDMM中，惰性双重态和单重态标量的质谱是从GUT标度的初始条件通过RGE演化来预测的。计算了LHC中$pp\to H^+H^-,\, H^\pm S_i^0$过程的截面，结果表明，对于轻粒子$H^\pm$，第一个过程主要由顶夸克介导的1-圈图控制，在s-通道中有Higgs玻色子.在参数空间的很大一部分中，$H^\pm$是长寿的，因为它们衰变为主要的单线态标量暗物质（DM）和次轻（NL）标量，$H^\pm\to S_{\text{DM, NL}} ff',$被小的单重态-二重态混合角和中等的质量差$ ΔM=M_{H^+}-M_{\text{DM}} .$所抑制。实验上可测量的$H^\pm$的位移顶点衰变到轻子和/或轻子。或喷射和丢失的能量允许人们在巨大的$W^+W^-$背景上发现$H^+H^-$信号。我们提出了在LHC研究这种情况的基准点。然而，如果$H^\pm$是短暂的，则随后的衰变$S_{\text{NL}}\to S_{\text{DM}} f\bar f$必然产生额外的位移顶点，这些位移顶点允许重建完整的$H^\pm$衰变链。
2014-01-13 hep-ex hep-ph
Natural Twin Neutralino Dark Matter
超对称双希格斯模型具有离散对称性，每个标准模型粒子和它的超对称伙伴都有一个对应的状态，在镜像标准模型规范群下变换。这个框架能够适应在LHC中没有发现新粒子的自然电弱尺度。我们指出，超对称双希格斯模型也提供了一个自然的暗物质的候选人。我们研究了一个孪生类双星态是锂超对称粒子的可能性，发现它的冻结丰度可以解释观测到的暗物质丰度，而不需要对理论的质谱进行微调.大部分可行的参数空间可以通过未来的暗物质直接探测实验和大型强子对撞机搜索可能涉及位移顶点的态和希格斯玻色子来探测。
2020-04-22 hep-ph
Freeze-out Forbidden Dark Matter in the Hidden Sector in the Mass Range from sub-GeV to TeV
运动学禁止通道可以设置冻结出的暗物质（DM）遗迹丰度。这些通道被描述为DM湮灭成更重的状态，在零温度极限下消失，但在早期宇宙中发生在有限的温度下。对于禁戒通道的终态是标量介质，通过与标准模型（标准模型，SM）Higgs粒子的混合耦合到SM物质的情况，来自DM-核子相互作用的信号和来自介质相关的能量丢失或位移顶点的信号可以分别通过直接探测和粒子物理实验来探测。因此，我们提出了一个最简单的隐蔽矢量暗物质模型，可以表现出这种情况下的质量范围从亚GeV到TeV的研究。暗物质存在于隐藏的扇区中，在冻结之前与SM处于热平衡。在冻结过程中，它的密度耗尽是由于它湮灭成两个更重但亚稳的标量，其中耦合可以通过具有正确的残余密度和受微扰么正性约束来确定。然而，许多允许的参数空间是不敏感的隐藏标量和SM希格斯粒子之间的混合角。我们发现，一个更显着的DM和介质之间的质量分裂可以只允许在子GeV区域。此外，TeV区域的质量分裂要求在百分比水平内。这种禁戒DM通过标量门与SM粒子相互作用的模型在实验中是可检验的。
2022-10-23 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
QCD corrections to Minimal Dark Matter annihilations
QCD修正增强了最小暗物质的湮灭截面，从而影响热冻结过程中所需暗物质质量。
2025-11-28 astro-ph.CO hep-ph
Electroweak Doublet Dark Matter for a Galactic Halo Gamma-Ray Excess
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；RIKEN（理化学研究所）；The University of Tokyo（东京大学）
研究通过电弱双态暗物质与Higgs-portal相互作用解释银河晕伽马射线过剩信号，提出经济且自然的模型，同时考虑不相容的直接探测异常。
2026-09-01 astro-ph.CO hep-ph
Relic density of Dark Matter in the Inert Doublet Model beyond Leading Order. I) The Heavy Mass Case
本文提出了一个完全重整化的惰性双态模型（IDM），并利用它精确计算了单圈暗物质（DM）的残余密度。在这第一篇论文中，我们研究的情况下，DM候选人与$m_{\rm DM} \sim 500$ GeV。在这种情况下，共湮没通道是重要的。因此，我们计算，为一个宽范围的相对速度，完整的次领先的顺序电弱修正7湮灭/共湮灭过程，贡献$\sim$ 70\%的遗迹密度DM。这些校正的横截面与{ \tt micrOMEGA}接口，以获得对冻结残留物密度的单回路校正。由于该可观测量的精确测量，单回路校正是相关的。我们讨论了一个循环的重正化方案的依赖性，并指出的影响，在一个循环，一个参数，仅描述了在黑暗的部门的散射。一个树级计算的遗迹密度是不敏感的这个参数。
2019-12-04 hep-ex hep-ph
Nested Disappearing-Track plus Displaced-Vertex Topology at the HL-LHC: A Dual Long-Lived-Particle Signature of the Scotogenic Model
Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）
研究scotogenic模型在HL-LHC上的嵌套消失径迹加位移顶点拓扑，利用双长寿粒子签名探测产生中微子质量的汤川耦合，在基准点可产生约1212个信号事件并覆盖独立搜索未触及的参数区域。
2026-09-24 hep-ph
Right-handed Neutrino Dark Matter with Radiative Neutrino Mass in Gauged $B-L$ Model
研究了在规范$U(1)_{B-L} \times Z_2$扩展的标准模型中右手中微子暗物质（DM）在$Z_2$对称性下为奇的标量二重态下产生辐射中微子质量暗生的可能性.由于轻子门相互作用，右手中微子DM除了通常通过$Z_{B-L}$的湮灭外，还可以有额外的共湮灭通道，这使得DM的质量从残余丰度标准来看要大得多，甚至远离$M_{\rm DM} \approx M_{Z_{B-L}}/2$这样的共振区。这个扩大的参数空间被发现是一致的中微子质量的限制，同时是敏感的直接检测实验DM以及罕见的衰变实验寻找带电轻子味违反衰变像$μ\rightarrow e γ$。由于$Z_2$奇标量偶极可能是最轻的稳定粒子，可以在对撞机中通过其规范相互作用充分产生，如果DM和最轻的稳定粒子（NLSP）之间的质量分裂$δM$很小，人们可以有有趣的签名，如位移的顶点或消失的带电径迹。特别地，当$δM < m_τ=1.77$ GeV时，我们得到了大位移的NLSP顶点签名，同时与中微子质量，轻子味违反和观测到的遗迹密度一致。
2019-11-07 astro-ph.CO hep-ph
Origins of Hidden Sector Dark Matter II: Collider Physics
我们考虑一类广泛的超对称理论，其中暗物质（DM）是一个隐藏的部门，耦合非常弱，可见的部门领域的最轻的超伙伴（LSP）。连接可见和隐藏扇区的门户相互作用介导了最轻可观测超伙伴（LOSP）的衰变进入LSP，使LHC能够作为隐藏扇区DM起源的壮观探测器。正如在配套文件中所示，这个一般的两部门框架只允许少数DM生产机制，其中每一个映射到一个独特的窗口，在生命周期和横截面的LOSP。在目前的工作中，我们进行了系统的对撞机研究LOSP候选人和门户网站的相互作用，并为每种情况下成功地重建DM的起源在大型强子对撞机的前景进行评估。例如，如果DM是由冻结和衰变引起的，则可以验证LOSP是否是通过各种门户相互作用衰变到LSP的双或右手slepton，并且具有窄范围内的湮灭横截面。另一方面，可以针对LOSP候选的互补集合并且在LOSP寿命的窄范围内验证冻结机制。在所有情况下，LOSP在对撞机时间尺度上相对较长，导致顶点移位的事件。此外，具有带电或有色LOSP的场景特别有希望。
2011-04-08 hep-ph
Heavy Inert Doublet Reconciles LZ and IceCube
Leinweber Institute for Theoretical Physics, University of California, Berkeley（莱因韦伯理论物理研究所，加州大学伯克利分校）；Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI), University of Tokyo（东京大学宇宙物理与数学 Kavli 研究所（WPI））；Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory（欧内斯特·奥兰多·劳伦斯伯克利国家实验室）
本文提出重惰性二重态暗物质（11.3–20.3 TeV）可同时解释LZ直接探测信号并满足IceCube约束，通过大耦合实现正确湮灭截面，且电弱精密测量仍符合实验限值。
2026-09-29 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
