When Freeze-out occurs due to a non-Boltzmann suppression: A study of degenerate dark sector
在通常的热冻结之前，暗物质数密度的指数抑制或通常称为玻尔兹曼抑制是产生化学不平衡的关键因素。简并/准简并暗扇区可以经历类似于放射性衰变定律的数密度的不同指数抑制，导致被称为共衰变暗物质的暗物质的延迟冻结机制。本文研究了在标准模型的U $(1)_{X}$扩展中，来自热退耦简并暗扇区的多组分暗物质的动力学.通过求解四个耦合的玻尔兹曼方程，计算了通过共衰变机制冻结出来的暗物质的残余密度。我们演示了如何温度$T^\prime $的黑暗部门的变化，由于所有类型的$3\rightarrow 2$和$2\rightarrow 2$的相互作用，随着宇宙的永恒膨胀。我们发现，$3\rightarrow 2$相互作用增强$T^\prime$通过产生高能粒子在黑暗的部门，而多余的热量被转移的$2\rightarrow 2$相互作用到整个黑暗的部门。由于直接探测只能通过微弱的门耦合，我们研究了暗物质湮灭一步级联过程中的中微子和$γ$射线信号，并将我们的结果与Super-Kamiokande测量的大气中微子通量和Fermi-LAT，EGRET，INTEGRAL合作测量的扩散$γ$射线进行了比较.我们发现，目前的情况下，很容易逃避所有现有的边界从大气中微子和扩散$γ$ -射线观测退化暗扇区。然而，约束是显着的准退化的情况下。
2021-06-18 astro-ph.CO hep-ph
Freeze-in Dark Matter Through Forbidden Channel in $U(1)_{B-L}$
我们研究的情况下，冻结生产的暗物质，这是由于大的热校正存在于早期宇宙的热浴中的衰变介质粒子的质量。我们表明，衰变，这是运动学禁止，否则，可以打开在非常高的温度和主导的暗物质生产。我们探讨这种禁止生产的暗物质在最小的$U(1)_{B-L}$模型，比较暗物质现象的背景下，禁止冻结的标准图片。
2022-02-25 hep-ph
3.55 keV line in Minimal Decaying Dark Matter scenarios
我们调查的可能性再现最近报道的$3.55\,\mbox{keV}$线在一些简单的衰减暗物质的情况下。在所有情况下，keV尺度的衰变DM与SM规范相互作用下的标量场相耦合，从而能够在LHC上产生对。我们将研究如何DM寿命的要求与所观察到的信号兼容，结合正确的DM遗物密度的要求，通过冻结机制，影响观察的前景在大型强子对撞机的标量场的衰变。
2014-12-19 hep-ph
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
Freeze-In Dark Matter from a sub-Higgs Mass Clockwork Sector via the Higgs Portal
发条机制允许极弱的弱相互作用和小质量尺度被理解为理论的结构。钟表机构的一个自然应用是暗物质产生的冻结机制。在这里，我们考虑一个希格斯门户冻结在暗物质模型的基础上的一个标量发条部门的质量尺度小于希格斯玻色子玻色子的质量。暗物质标量是发条扇区中最轻的标量。冻结的暗物质是由热希格斯玻色子衰变为发条式暗物质标量而产生的。我们表明，质量的暗物质标量通常是在1-10千电子伏的范围内，可能是温暖的，足以有一个可观察到的影响扰动增长和莱曼- $α$观测。发条希格斯门冻结模型有一个潜在的可观察到的对撞机现象，希格斯玻色子玻色子以长寿命的发条扇形标量对的形式衰减到丢失的能量，加上不同数量的夸克和轻子粒子-反粒子对的分布。不同数量的夸克和轻子对的分支比由发条扇区参数（发条标量$N$和发条电荷$q$）决定，因此如果观察到这样的希格斯衰变模式，可以通过实验确定。在最小标准模型可观测扇区的情况下，核合成和莱曼- $α$约束的组合可能会排除壳层上的希格斯衰变为发条标量，尽管壳层外的希格斯衰变仍然是可能的。壳层上希格斯粒子衰变为发条标量的过程，可以与标准模型在轻单重标量的简单扩展中的宇宙学约束相一致。
2018-12-05 astro-ph.CO hep-ph
Frozen-in fermionic singlet dark matter in non-standard cosmology with a decaying fluid
我们进行了详细的研究暗物质生产通过冻结的假设下，一些流体占主导地位的早期宇宙之前，其能量沉积到等离子体引起熵注入。作为一个暗物质候选者，我们考虑一个费米子单线态，通过其与热等离子体中的标量粒子的相互作用产生的。流体改变了宇宙的膨胀率，以及温度的缩放，这显着影响了暗物质粒子的数量密度和平均动量的演化。我们确定并详细讨论了这些数量的演变的影响，考虑几个例子代表暗物质生产在不同阶段的膨胀和熵注入。我们发现，由于暗物质密度减少时，熵注入到等离子体继续冻结后，为了重现其观测值的增强速率的暗物质生产相对于标准宇宙学。此外，假设的非标准宇宙学历史对暗物质平均动量的影响可能导致大结构形成数据对暗物质质量的放松或收紧约束。
2021-05-24 hep-ph
WIMPs during Reheating
弱相互作用大质量粒子（WIMP）是最有动机的暗物质候选者之一。在标准的情景中，冻结发生在暴胀再加热结束之后很久，他们与严格的实验约束相矛盾。在这里，我们调查的热冻结出的WIMP发生{ \it期间}再加热，而暴胀$ϕ$相干振荡在一个通用的潜力$\propto ϕ^n$。根据$n$的值和暴胀子衰变产物的自旋，辐射和暴胀子能量密度的演化可以表现出不同的特征，因此对WIMP的冻结行为有相当大的影响。由于再加热过程中熵的注入，扩大了与观测到的DM遗迹丰度相适应的参数空间。特别是，WIMP的热平均湮灭截面可以是几个幅度低于在标准情况下。最后，我们讨论了目前的暗物质间接探测实验的界限，并探讨了未来的挑战和机遇。
2022-11-18 astro-ph.CO hep-ph
Oscillation Baryogenesis via Ultraviolet Dark Matter Freeze-In
Harvey Mudd College（哈维穆德学院）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）；Stanford University（斯坦福大学）；Williams College（威廉姆斯学院）
该研究通过暗物质振荡在紫外冻结机制中实现重子生成，同时解释了重子和暗物质的观测丰度，并通过X射线限制约束了暗物质生产操作符。
2026-01-22 hep-ph
The effect of a late decaying scalar on the neutralino relic density
如果在核合成之前宇宙的能量密度是由一个标量场φ控制的，这个标量场φ衰变并将等离子体重新加热到一个小于标准中性伴子冻结温度的温度T_{RH}，那么中性伴子遗迹密度就与它的标准值不同。在这种情况下，遗迹密度取决于另外两个参数：T_{RH}，以及单位质量的φ场在每次φ衰变中产生的中性伴子数量。在本文中，我们数值研究的中性伴子遗迹密度作为这些再加热参数的函数在最小的超对称标准模型，并表明暗物质的约束几乎总是可以满足。
2006-05-01 hep-ph
Freeze-in and Freeze-out of Dark Matter with Charged Long-lived Partners
我们提出了一个新的框架，能够解决暗物质的问题，通过冻结和冻结机制，单独或一起，这取决于该地区的参数空间考虑。在暗物质动力学中，该模型的特点是热产生的相互作用，以及通过相关暗费米子伙伴的微弱衰变产生的相当大的贡献，最终冻结到合适的遗迹密度，适用于大范围的质量和耦合。除了费米子暗物质候选者，该模型引入了两个带电伙伴，一个费米子和另一个标量，它们通常具有延迟衰变，导致这种长寿粒子（LLP）在LHC等对撞机中的独特特征。我们的分析表明，在目前的情况下，LLP的衰变长度，可以探测到在大型强子对撞机实验是兼容的暗物质质量范围从几个GeV接近TeV，而不是要求keV-MeV的暗物质在简单的FIMP方案与LLP。此外，该模型提出了迄今为止尚未探索的有趣的可能性，在LLP搜索，如（i）LLP到LLP到SM级联衰变，这可以在LHC探测器内搜索和（ii）重中性粒子衰变在MATHUSLA与两个喷流和大的丢失能量。该模型的一个补充方面是存在一个重中微子促进I型跷跷板机制，而不干扰暗物质方面。
2020-03-28 hep-ph
Dark Matter from Decaying Topological Defects
我们研究暗物质的生产衰变拓扑缺陷，特别是宇宙弦。在拓扑缺陷或“自上而下”（TD）的情况下，暗物质注入率随时间的幂律指数$p-4$。我们发现一个公式在封闭形式的产量为所有$p < 3/2$，准确地再现的玻尔兹曼方程的解决方案。我们调查两个方案（$p=1$，$p=7/6$）的动机宇宙弦衰变到TeV尺度的状态与高分支分数到暗物质粒子。对于暗物质模型湮灭的s波或p波，我们发现的TD模型可以解释的暗物质遗迹密度普朗克测量的参数空间的区域。我们发现，拓扑缺陷可以是暗物质的主要来源，即使在标准的冻结计算低于预测的遗迹密度，因此可以导致潜在的大“助推因子”增强的暗物质湮灭率。我们研究暗物质模型独立的限制，这种情况下所产生的幺正性和讨论的例子模型依赖的限制来自间接的暗物质搜索实验。在研究的四种情况下，$Gμ$的上限与一个可观的通道到TeV尺度状态的字符串是显着更严格的比目前的宇宙微波背景的限制。
2014-02-13 astro-ph.CO hep-ph
Simple estimate of BBN sensitivity to light freeze-in dark matter
我们提供了一个简单的分析大爆炸核合成（BBN）的敏感性的光暗物质（DM）产生的热冻结机制。结果表明，有效中微子数移$ΔN_ν$与DM遗迹密度$ω\equiv Ωh^2$之比（记为$R_χ\equivΔN_ν/ω$）抵消了衰变粒子的质量和弱耦合，从而使$ΔN_ν$在BBN时期的DM质量可视化.这个属性驱使人们得出结论，具有$ΔN_ν\simeq \mathcal{O}(0.1)$的灵敏度的转变不能起源于莱曼- $α$森林约束下的单个暖DM。对于其中$α$约束被稀释的冷加温DM场景，比率$R_χ$可以潜在地用于测试热冻结机制，以生成DM的小的温分量和在$ΔN_ν\simeq \mathcal{O}(0.01)$水平的可能的过量。
2021-12-08 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
Cosmological constraints on decaying axion-like particles: a global analysis
类轴子粒子（ALPs）衰变为光子，会影响广泛的天体物理学和宇宙学观测。在这项研究中，我们专注于ALPs的质量在keV-MeV范围和$10^4$和$10^{13}$秒之间的寿命，对应于大爆炸核合成结束和宇宙微波背景（CMB）的形成之间的衰变。使用全球拟合框架GAMBIT的CosmoBit模块，我们结合了最先进的计算的不可约ALP冻结丰度，原始元素丰度（包括通过ALP衰变的光致蜕变），CMB光谱畸变和各向异性，以及超新星和恒星冷却的约束。这种方法使得有可能第一次执行ALP参数空间的全局分析，同时改变$Λ$ CDM的参数以及几个讨厌的参数。我们发现ALP质量的下限约为$m_a > 300\,\text{keV}$，只有当ALP在宇宙学时间尺度上稳定时才能避开。未来的观测CMB光谱失真与PIXIE一样的任务，预计将改善这两个数量级的约束。
2022-12-19 astro-ph.CO hep-ph
Connecting cosmologically decaying dark matter to neutrino physics
本文提出一个暗物质衰变模型，其衰变产物可在大尺度结构巡天、JUNO和COSI中产生可探测信号，并自然解释中微子质量，凸显巡天对中微子模型的探测潜力。
2025-09-23 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
Hadron Freeze-out and QGP Hadronization
从158-200 A GeV核反应中产生的奇异粒子和其他强子粒子的丰度和$m_\bot$ -谱被发现起源于化学非平衡中的热平衡、去精细源。物理冻结参数和物理条件（压力，比能，熵和奇异性）进行评估。我们得到的源的五个性质与预期的从退禁闭的夸克-胶子等离子体相中直接强子发射（强子化）的性质一致。
1999-02-16 hep-ph
Stealth decaying spin-1 dark matter
我们考虑自旋为1的暗物质的衰变模型，其与标准模型扇区的主要耦合是通过一个暗希格斯汤川门户连接TeV尺度的矢量轻子到标准模型（右手）electron. Below的电子-正电子阈值，暗物质有非常缓慢的，环抑制的光子和（电子）中微子的衰变，并在宇宙学时间尺度上足够小的规范耦合值是稳定的。它的残余丰度是通过冻结机制由非平衡暗轻子衰变决定的。我们发现，该模型适应观测到的暗物质丰度的自然值的参数和暗物质质量在~ 5 keV至1 MeV的范围内，同时逃避直接检测，间接检测，恒星冷却和宇宙学的约束。我们还考虑了一个非零规范动力学混合的可能性与标准模型超荷场，这被发现产生轻微的影响模型的现象。
2020-12-17 hep-ph
Unveiling a Hidden Epoch: Impact of Mediator Induced Matter Domination in Freeze-in Dark Matter
研究揭示介子衰变导致早期物质主导时期，影响暗物质产生及引力波特征。
2025-12-15 hep-ph
Warm dark matter from a gravitational freeze-in in extra dimensions
本文研究五维模型中仅通过引力与SM作用的最小暗物质候选者的冻结机制，发现宽质量范围可满足遗迹密度，虽难地面探测，但温暗物质参数区可由宇宙学和天体物理观测检验。
2022-08-05 hep-ph
Cold Dark Matter and Dark Energy Based on an Analogy with Superconductivity
基于超导类比，提出冷暗物质候选者并探讨其衰减特性，通过相变和冻结过程解释暗能量行为。
2025-11-25 astro-ph.CO hep-ph
A long-lived stop with freeze-in and freeze-out dark matter in the hidden sector
在具有隐藏扇区的扩展超对称模型中，最轻的$R$ -宇称奇粒子可以驻留在隐藏扇区中并充当暗物质。我们考虑的情况下，隐藏的部门有超弱的相互作用与可见部门。一个有趣的现象出现，如果LSP的可见部门是带电的，在这种情况下，它将衰减到隐藏的部门暗物质。由于超弱相互作用，可见扇区的LSP在探测器内部留下一个轨道后，将在探测器外部长期衰减。我们在$U(1)_X$ -扩展的MSSM/SUGRA模型的框架下研究了这种可能性，该模型具有小规范动力学混合和$U(1)_X$和$U(1)_Y$之间的质量混合，其中$U(1)_Y$是超荷的规范群。具体来说，我们调查的情况下，当LSP的MSSM是一个停止衰变到隐藏的部门暗物质，并有一个足够长的寿命穿越大型强子对撞机探测器没有衰变。结果表明，这样的粒子可以被检测到在HL-大型强子对撞机和HE-LHC作为$R$ -强子，这将看起来像一个缓慢移动的μ子与一个大的横向动量$p_T$，所以可以检测到的轨道，它在内部的跟踪器和μ子谱仪。此外，由于隐藏扇区和MSSM场之间的超弱耦合，暗物质粒子具有由冻结和冻结机制的组合产生的残余密度。结果表明，即使在超弱或弱相互作用下，冻出对残余密度的贡献相对于冻入对残余密度的贡献也是显著的，对于所考虑的模型点，冻出的贡献在30%~ 74%之间变化。它是次显性冻结相对较小的停止质量与相对较大的停止湮灭截面和主要贡献的遗迹密度相对较大的停止质量…
2020-02-23 hep-ex hep-ph
Late decaying 2-component dark matter scenario as an explanation of the AMS-02 positron excess
PAMELA和AMS-02实验测量的正电子通量长期存在的异常可能由暗物质（DM）湮灭来解释。这种情况通常需要一个大的“助推因子”，以符合热遗迹暗物质候选人通过冻结。然而，这样的解释是不赞成的约束，从宇宙微波背景辐射的观测能量沉积在重组的时代。我们讨论了一种称为晚期衰变双组分暗物质（LD 2DM）的方案，其中整个DM由两个半简并物种组成。在这个框架内，较重的物质在早期宇宙中作为热遗迹产生，并在宇宙学时间尺度上衰变为较轻的物质。因此，较轻的物种成为今天居住在宇宙中的DM。我们发现，通过这种非热机制产生的具有增强截面的较轻DM物种的湮灭可以解释所观察到的AMS-02正电子通量，同时避免CMB约束。观测到的DM遗迹密度也可以用简单的s波湮灭截面正确地再现。我们证明，该方案是安全的，从CMB的约束晚时间的能量沉积在宇宙的“黑暗时代”。有趣的是，结构形成的限制迫使我们考虑两个暗物质物种之间的小质量分裂。我们探索可能的宇宙学和粒子物理学的签名在一个玩具模型，实现这一场景。
2017-12-11 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Minimal decaying dark matter: from cosmological tensions to neutrino signatures
本文提出一种极小暗物质衰变设定，通过轻子数守恒的高维算符使冷暗物质衰变为暗区费米子和中微子，以解决 $S_8$ 冲突并避开间接搜索限制，指出 JUNO 探测器有望在暗物质质量低于约 1 GeV 时探测到该衰变信号。
2024-03-22 astro-ph.CO hep-ph
Freeze-In Dark Matter and Leptogenesis: a $ψ'$SM route
Bogoliubov Laboratory of Theoretical Physics, Joint Institute for Nuclear Research（鲍戈留博夫理论物理实验室，联合核研究所）；National Centre for Physics (NCP), Quaid-i-Azam University Campus（国家物理中心（NCP），真纳大学校园）；School of Physics and Astronomy, University of Southampton（南安普顿大学物理与天文学学院）
本文研究了在ψ'标准模型中通过重子生成的冻结型暗物质生产机制，该模型是标准模型的E6扩展，包含残余的U(1)_{ψ'}规范对称性，通过标量衰变产生暗物质，并通过I型锯齿机制生成轻子不对称性。
2026-03-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Dark matter phase-in: producing feebly-interacting particles after a first-order phase transition
研究宇宙一阶相变对非重整化相互作用暗物质冻结机制的影响，提出 DM 相变产生机制，确定其主导条件并发现其丰度与相变引力波峰值频率相关，开辟新观测可能。
2025-04-14 astro-ph.CO hep-ph
How Effective is $N_{eff}$ at Discovering Dark Radiation in a Cosmology with Heavy Particle Decay?
本文研究了重粒子衰变如何通过稀释轻粒子能量密度来放宽 $N_{eff}$ 对超出标准模型轻粒子的限制，并以引力子为例，利用当前 $N_{eff}$ 界限对不同再加热温度下的引力子质量与分支比施加了约束。
2023-09-12 astro-ph.CO hep-ph hep-th
New insights into axion freeze-in
本文重新计算了轴子通过光子耦合的冻结产生过程，完整求解玻尔兹曼方程并给出拟合公式，发现轴子平均动能比热遗迹高20%-80%，并证明双轴子交叉耦合的冻结产生贡献可忽略。
2024-11-19 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Dark Photon - ALP Freeze-in: 511 keV and H$α$ Constraints
Chandigarh University（昌迪加尔大学）；SGTB Khalsa College, University of Delhi（德里大学SGTB卡尔萨学院）；Department of Physics and Astrophysics, University of Delhi（德里大学物理与天体物理学系）
该研究构建双组分暗物质（ALP+暗光子）的冻入模型，通过求解玻尔兹曼方程确定符合511 keV、Hα等约束的参数空间，解释银河系511 keV线并满足遗迹密度要求。
2026-08-03 hep-ph
Decaying vector dark matter with low reheating temperature for KM3NeT signal and its impact on gravitational waves
Chung-Ang University（中央大学）；Excellence Cluster ORIGINS（ORIGINS卓越集群）
本研究提出低再加热场景下的向量暗物质模型，通过抑制引力波谱并解释KM3NeT信号，同时解决重暗物质的过量问题。
2026-01-27 astro-ph.HE 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
Decaying Vector Dark Matter as an Explanation for the 3.5 keV Line from Galaxy Clusters
我们提出了一个矢量暗物质（VDM）模型，解释了最近观察到的3.5 keV线的XMM-牛顿天文台数据从星系团。在这个模型中，暗物质由两个矢量玻色子$V$和$V^\prime$组成，它们通过有效的广义Chern-Simons耦合$g_V$与光子耦合。$V^\prime$比$V$稍重，质量分裂为$m_{V^\prime}-m_V\simeq 3.5$ ~keV。$V^\prime$衰变为$V$和一个光子产生3.5 keV谱线。$V$和$V^\prime$的产生发生在早期宇宙的冻结框架内，当$m_{V^\prime}<T<Λ$时，通过有效的$g_V$偶联，$Λ$是截止值，高于该截止值，有效的$g_V$偶联无效。我们引入了一个高能模型，该模型在低能下产生了$g_V$耦合。为此，$V$和$V^\prime$分别被提升为自发破缺的新$U(1)_V$和$U(1)_{V^\prime}$规范对称的规范玻色子。高能量部分包括毫电荷手征费米子，其通过三角图在低能量下导致$g_V$耦合。
2014-11-21 hep-ph
Saxion Cosmology for Thermalized Gravitino Dark Matter
在所有的超对称理论中，质量被普朗克尺度抑制的引力子是暗物质的明显候选者;但是如果引力子达到热平衡，这样的暗物质显然要么太丰富，要么太热，被排除在外。然而，在轴子理论中，一个轴子凝聚体是在宇宙历史的早期产生的，它的晚期衰变稀释了暗物质。我们表明，这种稀释允许先前热化的引力子占观察到的暗物质在非常宽的范围内的引力子质量，千电子伏< $m_{3/2}$ < TeV，轴子衰变常数，$10^9$ GeV < $f_a$ < $10^{16}$ GeV，和saxion质量，10兆电子伏< $m_s$ < 100 TeV。这个参数空间上的约束条件进行了研究，从BBN，超对称性破缺，引力子和轴子生产冻结和萨克逊衰变，并从轴子生产错位和参数共振机制。$(m_{3/2}, f_a, m_s)$的大的允许区域仍然存在，但是对于DFSZ和KSVZ理论是不同的。在对撞机上产生的超伴子可能会导致顶点位移和扭结的事件，并且可能包含衰变为$(WW,ZZ,hh), gg, γγ$或一对标准模型费米子的萨克斯子。冻结可能导致引力子暗物质的次主导暖成分，而萨克逊衰变为轴子可能导致暗辐射。
2017-03-28 astro-ph.CO hep-ph
Freeze-in Dark Matter from a Minimal B-L Model and Possible Grand Unification
我们表明，一个最小的局部$B-L$对称性扩展的标准模型可以提供一个统一的中微子质量和暗物质的描述。在我们的模型中，$B-L$破缺是通过跷跷板机制决定中微子质量的，而$B-L$破缺希格斯场的实部（这里称为$σ$）在很宽的参数范围内扮演着冻结暗物质候选者的角色。由于$σ$ -粒子是不稳定的，为了使它有资格成为暗物质，它的寿命必须长于$10^{25}$秒，这意味着$B-L$规范耦合必须非常小。这反过来又意味着暗物质遗迹密度必须来自冻结机制。结合暗物质残余密度的暗物质寿命界限给出了$B-L$规范玻色子质量相对于暗物质质量的下限。我们指出参数域的暗物质质量可以在千电子伏到兆电子伏的范围内，以及在PeV范围。我们讨论的方法来测试这种情况下的一些参数范围在对撞机实验。最后，我们表明，如果不是$B-L$，我们认为额外的$U(1)$发电机是$-4I_{3R}+3(B-L)$，基本的唯象保持不变，并为一定的规范耦合范围内，该模型可以嵌入到一个五维$SO(10)$大统一理论。
2020-05-01 hep-ph
What KM3-230213A events may tell us about the neutrino mass and dark matter
在一般$U(1)$框架下，提出KM3NeT探测到的超高能中微子源于440 PeV衰变右手中微子暗物质，通过freeze-in机制描绘满足遗迹丰度与引力波探测的参数空间，提供可检验的新物理场景。
2025-09-13 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Linear Sigma Dark Matter
我们提出了一个自相互作用的暗物质模型的基础上QCD类理论和启发接近的$a_0(980\pm 20)$的$K\bar{K}(990)$阈值。暗物质由暗π介子组成，暗π介子通过接近$ππ$阈值的$σ$共振进行自散射。而线性西格玛模型作为一个定性的指导，在强耦合制度的散射的充分统一的描述给出了有效范围理论。动力学混合暗光子的引入允许暗π介子冻结或冻结。我们研究了可行的参数空间，它解释了观察到的遗迹丰度，同时逃避所有目前的限制。在不久的将来，对不同尺度下的暗物质自相互作用、直接探测信号和暗光子衰变的研究将检验这一模型。
2022-09-11 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Imprints of Frozen-In Light Sterile Neutrinos
我们研究了通过冻结机制产生的无菌中微子暗物质的可观测宇宙学方面。该研究是在一个框架中进行的，该框架承认许多宇宙学上有趣的变化：通过来自更高维度算子的湮灭过程产生的高温产物或来自标量衰变的低温产物，其中衰变的标量与热浴处于或不处于平衡，在超对称或非超对称设置中，从而使我们能够提取通用属性并突出特定变化所特有的特征。我们发现，虽然这样的不育中微子一般是兼容的所有宇宙学约束，有趣的情况下，可能会出现暗物质是冷，暖，或热，有非平凡的动量分布，或提供贡献的相对论自由度的有效数量Neff大到足以探测大爆炸核合成未来的测量。
2017-06-13 astro-ph.CO hep-ph
The 3.5 keV X-ray line signature from annihilating and decaying dark matter in Weinberg model
最近，两个研究小组分别从星系团和仙女座星系中观测到了能量为3.55 keV的未识别的X射线线信号。我们发现这种异常信号可以用湮灭暗物质模型来解释，例如Weinberg提出的具有整体$U(1)_X$对称性的暗扇区中的费米子暗物质模型。湮灭暗物质的产生有两种情况。在第一种情况下，质量为3.55 keV的暗物质从与Goldstone玻色子的相互作用中解耦，并在高温（$>$ 1 TeV）下脱离热平衡，此时它们仍然是相对论性的，它们的每共动体积的数密度基本上固定为当前值。这种温暖的暗物质的正确残余丰度是通过假设在退耦温度下存在大约${\cal O}(10^3)$相对论自由度或者在高温下发生大熵产生来获得的。在另一种情况下，暗物质在高温下不存在，随着宇宙冷却，SM粒子湮灭或衰变产生暗物质，就像“冻结”的情况一样。结果表明，希格斯衰变产生的DM是占主导地位的。在我们考虑的模型中，只有第一种情况可以解释X射线信号和遗迹丰度。X射线信号是由暗物质对的$p$波湮灭产生的，通过标量共振变成两个光子，而不违反大爆炸核合成，宇宙微波背景和天体物理学对象（如红巨星或白矮星）的约束。在温伯格模型的一个简单推广中，我们还讨论了这种信号可能是由衰减的暗物质引起的。
2014-05-28 hep-ph
Particle physics and cosmology with high-scale SUSY breaking in five-dimensional supergravity models
在$S^1/Z_2$上讨论了五维超引力模型中含维诺暗物质的高尺度超对称性破缺情形。轨道投影破缺的额外U（1）对称性控制了超对称性软破缺参数的味结构和Yukawa耦合，而U（1）向量多重态的额外维分量所产生的模多重态的标量分量导致了慢卷暴胀.由于超对称模量稳定性和模量膨胀，我们发现正确的暗物质遗迹丰度是由引力子衰变到维诺的非热产生的。
2015-10-07 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Fermionic dark matter via UV and IR freeze-in and its possible X-ray signature
在过去的十年中，在各种直接探测实验中没有观察到任何暗物质特征，这表明非常流行的WIMP范式可能不是粒子暗物质的实际理论。通过冻结产生的非热暗物质是一个有吸引力的提议，自然地解释了凭借其与标准模型（SM）粒子的弱耦合而产生的零结果。本文考虑SM的一个极小扩张，它是由两个规范单态场构成的，即一个$\mathbb{Z}_2$ -奇费米子$χ$和一个赝标量场$\tildeϕ$，其中前者只在5维及更高的水平上与SM粒子相互作用.这引入了自然抑制的$χ$的相互作用，由一个沉重的新的物理尺度$Λ$和部队$χ$是一个非热暗物质的候选人。我们详细研究了$χ$的制备，同时考虑了紫外（UV）、红外（IR）以及紫外-红外混合冻入，发现对于$10^{10}{\rm GeV}\leqΛ\leq 10^{15}{\rm GeV}$，当再加热温度为$T_{RH}\gtrsim 10^4$ GeV时，$χ$主要通过紫外和紫外-红外混合冻入产生，而低于该温度时，$χ$主要通过红外和紫外-红外混合冻入产生。此外，我们还考虑了级联湮没$χ\barχ \rightarrow \tildeϕ\tildeϕ\rightarrow 4γ$，以解决长期$\sim3.5$ keV X射线线观察到的各种星系和星系团。我们已经发现，长寿命的中间态$\tildeϕ$修改暗物质密度银河系中心附近的有效密度$ρ_{eff}$强烈依赖于$\ti…
2020-03-19 hep-ph
Asymmetric dark matter from semi-annihilation: unitarity constraints and long-lived final states
针对非对称暗物质模型，本研究考虑CPT对称性和幺正性约束，指出先前文献的矛盾并提出系统性解决方法，其遗迹密度由半湮灭冻结及长寿命粒子衰变决定。
2025-03-29 hep-ph
Search for a lighter neutral custodial fiveplet scalar in the Georgi-Machacek model
从理论和实验两方面进行了许多研究，以寻找比2012年在LHC发现的125 $GeV$希格斯玻色子更轻的新希格斯玻色子。利用LHC数据中寻找衰变为双光子的较轻希格斯玻色子的最新结果，探讨了在Georgi-Machacek（GM）模型中约束较轻中性保管五重标量$H_{5}^{0}$的可能性.保管单重态质量本征态$h$或$H$被认为是LHC观测到的125 $GeV$希格斯玻色子。一组新的约束参数，有利于低质量的$H_{5}^{0}$，提出了有效地产生事件。在GM模型的理论约束和所有现有的相关实验测量的约束（包括最近LHC搜索希格斯玻色子玻色子的结果）之后，将基于约束参数的扫描产生的$H_{5}^{0}$与CMS协作搜索更轻的希格斯玻色子玻色子的最新结果进行比较。对生存的GM参数空间进行了数值分析。总结了唯象研究中GM输入参数的变化趋势和相关性。此外，还讨论了这种低质量中性保管五重标量的其他有趣衰变通道的发现潜力。
2022-04-20 hep-ph
$\ge 4 μ$ signal from a vector-like lepton decaying to a muon-philic $Z^\prime$ boson at the LHC
我们提出了一种新的可能性，以检测一个非常独特的信号与四个以上的μ子来自对产生的矢量样轻子衰变到亲μ子$Z^\prime$玻色子。这些新粒子是解释μ子反常磁矩和$b\to s\ell\ell$过程异常的很好的候选者。如果是$\mathrm{BR}(E\to Z^\prime μ) = 1$，则LHC的最新数据排除了轻于1.3（1.0）TeV的双重（单重）矢量类轻子。我们还表明，在信号区超过5轻子的过剩可以解释这种情况下，如果矢量轻子是一个弱的单线态，质量约为400 GeV和$\mathrm{BR}(E\to Z^\prime μ) = 0.25$。最后讨论了HL-LHC的未来前景。
2021-04-09 hep-ex hep-ph
Dark matter from dark photons
在这次演讲中，我解释了如何观察到的暗物质（DM）遗迹丰度可以在由三个部门组成的模型（DM，标准模型（SM）和光介质）相互连接。这种情况下，探讨了大量的暗光子模型中，DM连接到SM通过动力学混合之间的超荷规范玻色子和矢量规范玻色子与一个新的$U(1)'$规范对称性。在这样的门户模型中，DM遗迹丰度可以产生在不少于九个制度，沿着五个动力学机制。特别是，我强调的顺序冻结的动力学机制，可以发生时，暗光子是大量的，包括在两个连续的冻结机制。
2021-05-14 hep-ph
Cold Dark Matter Based on an Analogy with Superconductivity
本文借超导类比提出由手征对称性破缺费米子的库珀对凝聚构成的冷暗物质候选者，重建其热历史并给出可由CMB与大尺度结构检验的衰减预言。
2025-05-13 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
M$^3$: A New Muon Missing Momentum Experiment to Probe $(g-2)_μ$ and Dark Matter at Fermilab
新的轻的弱耦合粒子通常被用来解决$(g-2)_μ$中持续的$\sim 4σ$异常，并作为暗物质和可见物质之间的媒介。如果这样的粒子主要耦合到更重的世代，并以不可见的方式衰变，那么现有的实验技术就无法获得它们最好的参数空间。在本文中，我们提出了一种新的固定目标，丢失的动量搜索策略，探测不可见的衰变粒子，优先耦合到μ子。在我们的装置中，相对论μ子束撞击厚的有源靶。该信号由这样的事件组成：μ子在目标内部失去了大部分入射动量，而不会在下游否决系统中引发任何可检测到的电磁或强子活动。我们提出了一个两阶段的实验，M $^3$（μ子丢失的动量），基于费米实验室。第一阶段的目标是$\sim 10^{10}$ μ子，可以测试剩余的参数空间，在这些参数空间中，光不可见衰变粒子可以解决$(g-2)_μ$异常，而第二阶段的目标是$\sim 10^{13}$ μ子，可以测试大部分预测参数空间，在这些参数空间中，亚GeV暗物质通过亲μ子力实现冻结，包括规范的$U(1)_{L_μ- L_τ}$。
2018-04-09 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
The Majoron Cosmological Window: Dark Matter and Thermal Leptogenesis
Institute for Particle Physics Phenomenology, Department of Physics, Durham University（达勒姆大学粒子物理现象学研究所）；Instituto de Física Teórica UAM/CSIC, Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学理论物理研究所UAM/CSIC）；Institute for Astroparticle Physics (IAP), Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院天体粒子物理研究所(IAP)）；Department of Physics, University of Basel（巴塞尔大学物理系）
本文研究了Majoron暗物质与高能级热轻子生成同时存在的宇宙学可行区域，通过约束右-handed-neutrino质量尺度，确定Majoron丰度和可见暗物质衰变耦合强度，结合暗物质生产机制和暖暗物质限制，映射出Majoron宇宙学窗口，并展示未来X射线和伽马射线望远镜可探测剩余参数空间。
2026-05-18 astro-ph.CO hep-ph
Search for a heavy vector boson decaying to two gluons in {$\boldmath{p\bar{p}}$} collisions at {$\boldmath{\sqrt{s}=1.96}$ TeV
我们提出了一个新的重矢量玻色子$Z'$衰变胶子的搜索。衰变到壳层胶子的过程受到抑制，导致$Z' \rightarrow g^*g$的主导衰变模式。我们研究了离壳胶子$g^*$转化为一对顶夸克，导致最终态$t\bar{t}g$的情况。在一个样本的事件正好一个带电轻子，大的横向动量和至少五个喷流，对应于一个积分亮度为8.7 fb $^{-1}$收集的CDF II探测器，我们发现数据是符合标准模型。我们设置上限的生产横截面倍的分支比，这嗜色$Z'$在95%的置信水平从300 FB至40 FB的$Z'$质量范围从400 GeV $/c^2$至1000 GeV $/c^2$，分别。
2012-10-21 hep-ex hep-ph
A minimal model of fermion FIMP dark matter
本文提出一个仅含五个自由参数的最小模型，通过Z_4对称性下的费米子FIMP和单态标量实现冻结产生机制，数值研究表明该模型在广泛的耦合与质量范围内能解释暗物质遗迹密度。
2023-08-09 hep-ph
Dark Matter Generation and Split Supersymmetry
我们分析了一个简单的分裂超对称方案，费米子质量来自异常调解，产生m_s ~ 1000 TeV，m_{3/2} ~ 100 TeV，和m_f ~ 1 TeV。我们认为非热暗物质生产中存在的模量，我们发现，衰减链的模量到LSP和模量到引力子到LSP产生暗物质更有效地比微扰冻结，允许光，大型强子对撞机可见光谱。这些衰减模量也可以削弱宇宙学对轴子衰减常数的约束。在夸克质量为1000 TeV的情况下，LHC胶子将从它们的主顶点衰减毫米，导致一个引人注目的实验签名，并且味道改变中性电流的抑制几乎足以允许夸克质量矩阵中的任意混合。
2006-11-30 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
Thermal Dark Matter From A Highly Decoupled Sector
最近的研究表明，如果暗物质与一个与标准模型高度解耦的扇区处于热平衡状态，那么即使暗物质重至1-100 PeV，它也可以以可接受的残余丰度冻结出来。在这种情况下，暗区和可见区都是在膨胀后填充的，但具有独立的温度。暗区中最轻的粒子通常寿命很长，并且可以支配宇宙的能量密度。在衰变时，这些粒子可以显著地重新加热可见部分，稀释暗物质的丰度，从而允许比传统WIMP重得多的暗物质粒子。在本文中，我们提出了一个系统的和教学的治疗宇宙学的历史，在这一类的模型，强调最简单的情况下，一个暗物质候选人湮灭成隐藏的部门粒子，然后通过矢量，希格斯，或轻子门户网站衰减成可见物质。在每一种情况下，我们发现足够的参数空间，非常重的暗物质粒子可以提供一个可接受的热遗迹丰度。我们还讨论了具有这些动态的模型可能的扩展。
2016-12-01 astro-ph.CO hep-ph
Testing leptogenesis and dark matter production during reheating with primordial gravitational waves
研究再加热期间通过轻子生成和紫外冻结产生重子不对称性与暗物质，并探讨利用原初引力波谱形探测这些非热产生机制。
2025-02-26 astro-ph.CO hep-ph
