Probing hidden sectors with a muon beam: implication of spin-0 dark matter mediators for muon $(g-2)$ anomaly and validity of the Weiszäcker-Williams approach
研究利用高能μ子束轫致辐射产生自旋0暗物质媒介子,推导并检验 Weiszäcker-Williams 近似截面,评估 NA64$μ$ 对暗物质遗迹参数空间及μ子 $(g-2)$ 偏好区的灵敏度。
2023-06-02 hep-ex hep-ph
Singlet-Doublet Self-interacting Dark Matter and Radiative Neutrino Mass
自相互作用暗物质(SIDM)与光介质是一个有前途的方案,以减轻小规模的问题,冷暗物质的范例,而在大尺度上与后者一致,建议由天体物理观测。然而,这导致了一个下丰富的SIDM遗迹,由于大湮灭率介质粒子,往往需要一个最简单的热或非热遗迹生成机制的扩展。在这项工作中,我们考虑了单重态-二重态费米子暗物质的情况下,单重态费米子与轻标量介体引起的速度依赖的暗物质通过汤川型吸引势的自相互作用。双态费米子,凭借其与单态的微小混合,可以是长寿命的,并且可以在后期为单态残留物提供非热贡献,填补了单态SIDM热残留物的不足。光标量介体,由于其混合的标准模型希格斯粒子,铺平了道路,用于检测这样的SIDM在地面实验室导致约束模型参数CRESST-III和XENON 1 T实验。通过两个以上的单线态费米子和一个标量二重态来扩大暗扇形粒子,在完整的$\mathcal{Z}_2$对称性下都是奇数,也可以用暗生的方式解释非零中微子质量。
2022-04-23 hep-ph
Robust collider limits on heavy-mediator Dark Matter
我们讨论了如何一致地使用有效场论(EFT)设置重介质暗物质在对撞机上的通用边界,而不损害一个给定的有效相互作用的模型。我们说明了一个马约拉纳费米子的方法,普遍耦合到标准模型夸克通过一个6维轴-轴四费米子运营商。我们重铸的ATLAS单射流分析,并表明,相当一部分的参数空间,似乎排除了一个天真的EFT的解释,实际上仍然是未开发的。一致设置的EFT限制可以在任何特定的基础模型中重新解释。我们提供了两个明确的例子,所选择的运营商和比较我们的模型独立的方法,可通过专门的分析达到。
2015-05-15 hep-ex hep-ph
Exploring muonphilic dark matter with the $Z_2$-even mediator at muon colliders
Nanjing Normal University(南京师范大学);Konkuk University(建国大学)
本文探讨了在muon collider中通过Z2偶媒介子探测muonphilic暗物质的可能性,针对GCE问题提出多种搜索策略并预测排除限。
2026-03-10 hep-ex hep-ph
Interplay of super-WIMP and freeze-in production of dark matter
非热化的暗物质是宇宙学上有效的替代弱相互作用大质量粒子的范例。对于暗物质属于$Z_2$ -奇数扇区,其中还包含一个热化介质粒子,暗物质的产生一般通过冻结和superWIMP机制进行。我们强调它们之间的相互作用,并强调在对撞机的长寿粒子的连接。对于一个显式的例子,有色的t-通道介质模型,我们映射出整个可访问的参数空间,角落的界限从大型强子对撞机,大爆炸核合成和莱曼α森林观测,分别。我们讨论了HL-和HE-LHC的前景。
2018-12-12 astro-ph.CO hep-ph
Flavor and CP Violation from a QCD-like Hidden Sector
在GeV尺度上限制隐藏的扇区很好地受到了不对称暗物质和自然性考虑的激励,也可以给出有趣的对撞机签名。在这里,我们研究了通过在QCD和暗力下带电的TeV尺度介体与标准模型相连的这些部门。这样的介质允许夸克和暗夸克之间的汤川耦合,这是一般的味道和$CP$违反。我们发现,在相反的期望,电偶极矩不放置一个强有力的约束,这种情况下,即使与$O(1)$ $CP$违反阶段。我们还定量地探讨了从$ΔF=1,2$过程的暗夸克味的数量的函数的约束。最后,我们描述了即将在Belle-II和KOTO测量的范围,我们提出了新的$CP$奇观测值在罕见的介子衰变,可能是敏感的$CP$违反性质的黑暗部门。
2021-11-10 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
Probing the Dark Sector through Mono-Z Boson Leptonic Decays
多年来,对撞机对暗物质产生的研究一直是基于高pT标准模型特征和大的缺失横向能量的平衡。轻子衰变产生的单Z玻色子具有清晰的特征,其优点是可以精确测量衰变的电子和μ子。这个签名不仅使重建的Z玻色子休息框架,但也可能恢复的基础生产动力学通过衰变轻子角分布。在这项工作中,我们利用轻子Z玻色子衰变所携带的全部信息来限制暗区的耦合强度参数。我们研究了具有标量、矢量和张量介质的简化暗扇区模型,观察到它们在角系数分布上的不同特征,特别是角系数可以用来区分自旋0和自旋1模型的不同情形,包括奇宇称和奇电荷共轭宇称模型.为了最大限度地提高统计能力,我们进行了一个矩阵元方法的研究与事件似然函数的动态建设。我们参数化的检验统计量,使敏感性从矩阵元素是量化的,通过一项测量的形状差异。我们的研究结果表明,形状的差异提供了显着的改善的限制,特别是对于标量介体模型。我们还提出了一个例子应用的矩阵元素的运动学,一个更简单的方法,是适用于实验数据。
2018-02-07 hep-ph
Constraining Dark Matter Interactions with Pseudoscalar and Scalar Mediators Using Collider Searches for Multi-jets plus Missing Transverse Energy
单喷流搜索寻找涉及缺失横向能量(MET)加上一两个喷流的事件,是最突出的对撞机暗物质搜索。我们发现,多射流搜索,寻找MET加上两个或更多的射流,是显着更敏感的单射流搜索赝标量和标量介导的相互作用。我们证明了这一点的背景下,一个简化的模型与赝标量相互作用,解释了过剩的GeV能量的费米大面积望远镜观测到的伽马射线。我们发现,多喷流搜索已经限制了赝标量解释的过量介质(毫安)的质量是两倍以上的暗物质质量(MDM)的参数空间。随着LHC在更高能量下的运行,mA>2mDM的参数空间的剩余区域将被充分探索。此外,我们强调的重要性,补充单喷流的最终状态与多喷流的最终状态,以最大限度地提高灵敏度的搜索生产的暗物质在对撞机。
2015-10-15 hep-ex hep-ph
Simplified DM models with the full SM gauge symmetry : the case of $t$-channel colored scalar mediators
在对撞机上搜索暗物质的一般策略目前依赖于简化的模型。在本文中,我们提出了一个新的$t$通道UV完全简化模型,在两个重要方面改进了现有的简化DM模型:(i)我们强加完整的SM规范对称性,包括左手和右手费米子有两个独立的介体和两个独立的耦合,(ii)当我们从UV完全模型中导出DM-核子散射的有效拉格朗日量时,通过积分除去$t$ -通道介质,我们包括了重整化群演化.第一个改进将引入一些新的参数相比,现有的简化DM模型。在这项研究中,我们看看这一组更广泛的自由参数对直接检测和单$X$ + MET($X$ =喷气,$W,Z$)签名在13 TeV LHC的效果,同时保持规范不变的简化模型下的完整SM规范组。我们发现,直接检测的限制需要DM质量小于10 GeV,以产生现象有趣的对撞机签名。此外,对于固定的单W截面,当通常的简化模型假设被放松并且RH和LH DM-SM夸克耦合之间的同位旋破坏被允许时,可以看到单喷流截面中非常大的差异。
2016-05-23 hep-ex hep-ph
Unveiling Time-Varying Signals of Ultralight Bosonic Dark Matter at Collider and Beam Dump Experiments
本研究提出利用暗媒介子质量周期性振荡的时变特性,结合对撞机与束流倾倒实验及事件时间戳,实现超轻玻色子暗物质的探测,较传统方法灵敏度提升约一个数量级,还可探测暗媒介子不可见衰变。
2023-08-28 hep-ex hep-ph
Diphoton Excess through Dark Mediators
初步ATLAS和CMS的结果从第一个13 TeV的LHC运行遇到了一个有趣的过量的事件在双光子通道周围的不变质量为750 GeV。我们调查的可能性,电流过剩是由于一个沉重的共振衰减到轻亚稳态,这反过来又给位移衰变非常高度准直$e^+e^-$对。这种衰变可以通过光子选择标准,并成功地模仿双光子事件,特别是在低计数。我们研究了两类这样的模型,其特征在于以下基本的生产和衰变链:$gg \to S\to A'A'\to (e^+e^-)(e^+e^-)$和$q\bar q \to Z' \to sa\to (e^+e^-)(e^+e^-)$,其中在第一步,一个重标量,$S$,或矢量,$Z'$,共振产生,衰减到轻亚稳矢量,$A'$,或(伪)标量,$s$和$a$。设置模型的参数来解释现有的过剩,并考虑到ATLAS探测器的几何形状,我们边缘化的重共振的属性,以获得预期的寿命和耦合的亚稳态光共振。我们观察到,在$A'$的情况下,质量和混合角$ε$的建议范围内的几个新一代的强度前沿实验。
2016-04-04 hep-ex hep-ph
Gamma rays from dark mediators in white dwarfs
我们考虑暗物质$χ$的自湮灭,成为亚稳态介质$Y$,以及它们随后在白矮星内衰变成光子。我们专注于$χ\barχ\rightarrow YY$类型的反应,介质,除了具有有限的衰变寿命在休息$τ_{\rm rest}\lesssim 1$ s,可能会遭受能量损失之前,他们衰变成光子,$Y \rightarrow γγ$在介质中。我们得到衰减的伽马射线的光度所产生的两种效果的组合。使用互补的天体物理测量集冷白矮星在M4球状星团以及直接/间接的暗物质搜索,我们讨论了进一步的限制暗介质寿命。
2018-07-09 astro-ph.HE hep-ph
Enhanced neutrino signals from dark matter annihilation in the Sun via metastable mediators
我们计算了太阳中隐蔽的暗物质湮灭产生的中微子信号。在这类模型中,暗物质首先湮灭为亚稳态介质,随后衰变为标准模型粒子。如果介质的寿命很长,它们将在衰变之前从致密的太阳核心传播出去。高能中微子在太阳中被吸收。在中微子直接在太阳中心产生的标准情况下,吸收与E > 100 GeV有关,导致超过E ~ 1 TeV的中微子光谱受到显著抑制。在与世隔绝的暗物质场景中,中微子信号被大大增强,因为中微子以较低的密度从核心注入。由于太阳密度随半径呈指数下降,亚稳态介质对中微子通量有显着影响,即使衰变长度与太阳半径相比很小。此外,由于中微子探测的截面随能量的增加而增加,中微子光谱高能区的增强将对整个事件发生率产生很大的影响。
2011-07-19 astro-ph.CO hep-ph
Decay of the Mediator Particle at Threshold
针对暗物质扇区中轻媒介粒子与标准模型弱相互作用,研究阈值奇异性导致微扰计算失效的问题,提出定量描述方法,并计算媒介粒子寿命等物理量,发现其显著偏离微扰结果。
2022-12-21 cs.NA hep-ph math.NA
Mediator Decay through mixing with Degenerate Spectrum
本文以暗光子媒介子为例,研究其与SM光子混合后的衰变,发现当媒介子与SM矢量玻色子质量简并时,需根据混合参数与衰变宽度的相对大小选择正确的计算方法。
2025-01-27 hep-ph
Loop-induced direct detection signatures from CP-violating scalar mediators
我们调查直接检测签名的暗物质粒子与夸克相互作用,通过一个轻自旋0调解员与一般CP阶段。由于树级散射可能会强烈抑制在非相对论性的限制,环路的贡献发挥了重要作用,并可能导致在不久的将来的实验中可观察到的信号。我们研究了不同的介质质量和CP阶段的现象,重点是最大的CP破坏和希格斯门模型的情况。有趣的是,在树和回路水平获得的速率的总和可以给出一个特征反冲光谱,而不是从一个单一类型的相互作用。我们进一步发展了一种新的方法,用于将暗物质和胶子之间有效相互作用的双圈贡献分解为两个单独的单圈图,在我们的情况下,这大大简化了重要的顶夸克贡献的计算。
2021-05-28 hep-ph
Missing particle associated with two bottom quarks at the LHC: Mono-$b$ versus 2$b$ with razor variables
扩展的希格斯扇区,例如通过第二个II型希格斯双线,提供了通往暗扇区的门户,其中包含LHC中丢失的粒子,例如,暗物质(DM)粒子。本文在简化模型下,考虑介质的宽衰变宽度效应,分析了单$b$ +MET和2 $b$ +MET在LHC上的特征信号。后一个特征被认为是无效的,而我们发现,在剃刀形状分析的帮助下,它应该与单$b$特征一样重要。在介体质量相对较低的区域(低于几百GeV),通过要求信号背景比大于百分之几,2 $b$标记的剃刀分析具有与单$b$搜索相当的灵敏度;对于比$\sim 200$ GeV更轻的介体甚至更好.
2017-01-04 hep-ex hep-ph
Neutron EDM constrains direct dark matter detection prospects
非相对论有效场论(NREFT)提供了一个自下而上的框架来分类暗物质(DM)-核子相互作用相关的散射在直接检测实验中组织的相互作用的动力转移$\vec{q}$和DM速度$\vec{v}$。这种方法产生了许多算子,包括P-奇算子和T-奇算子;这些算子只能从具有CP破坏相互作用的相对论理论中产生。我们考虑了前导阶P-奇,T-奇算子,即$\mathcal{O}_{10}$,$\mathcal{O}_{11}$和$\mathcal{O}_{12}$,并比较了这些算子从前导直接探测搜索和从中子EDM(nEDM)上的边界的约束。我们进行我们的分析,使用简化的模型与带电介质和计算回路图有助于nEDM。我们发现,DM散射截面的约束从约束的nEDM是几个数量级强于直接搜索的限制,甚至远低于中微子地板这样的NREFT运营商,为整个子GeV到TeV DM质量范围。这表明在分析当前或未来直接暗物质探测实验的数据时不需要考虑这些算子。
2019-11-20 astro-ph.CO hep-ph
Dark matter indirect signals with long-lived mediators
暗物质粒子可能湮灭为光和亚稳态介质,随后在远离它们产生的地方衰变。在这种情况下,暗物质的间接特征相对于标准模型粒子直接注入湮灭发生的传统情况发生了改变。我们在这里探索这种新的现象学,我们为此设计了工具。我们计算的有效暗物质分布所造成的介质传播的涂抹。我们推导出介质及其衰变粒子的通量。我们研究如何$J$ -因子,这自然出现在计算的暗物质诱导的伽马射线信号,被修改的介质的存在下。我们还推导出在这种情况下宇宙线正电子通量表现出的各向异性。最后,我们评论最近提出的建议的基础上,长寿命的调解人的有效暗物质密度在地球上增加,如解释宇宙射线正电子异常。我们的结论是,这种情况是勉强站得住脚的非常密集的暗物质尖峰,它需要在银河系中心。相关的正电子各向异性非常小,无法检测,除非在高能量下,它达到$10^{-4}$到$10^{-3}$的量级。
2017-11-25 astro-ph.HE hep-ph
Spectral Decomposition of Missing Transverse Energy at Hadron Colliders
我们提出了一个光谱分解系统地提取信息的暗物质在强子对撞机。具有缺失横向能量(MET)的事件的微分截面可以由基函数的线性组合表示。在暗物质粒子产生的$s$ -通道介质模型中,基函数由虚介质和可见粒子产生子过程的微分截面确定,基函数系数以Källén-Lehmann谱分解的方式对应于暗物质的暗物质不变质量分布.对于一个给定的MET数据集和介质模型,我们表明,可以区分从另一个通过光谱分解的某种暗物质-介质相互作用。
2018-01-05 hep-ph
A closer look at the $pp$-chain reaction in the Sun: Constraining the coupling of light mediators to protons
核反应的$pp$链是太阳产生能量的主要途径。反应序列的第一步是将两个质子转化为氘核,并发射出一个正电子和一个电子中微子。这个反应是非常慢的,因为它是一个弱相互作用,并且重要的是,它涉及通过库仑势垒的量子隧穿。虽然反应速率可以在标准模型中以高置信度计算,但尚未在太阳能下测量。如果存在由非标准介体产生的相互作用,那么太阳中这种反应的速率可能会改变。我们探测这种非标准的相互作用,通过比较计算太阳演化的非标准介质的存在和不存在下,目前的太阳系年龄。这些揭示了非标准介质质量和耦合的范围,与太阳的测量属性不一致,包括太阳中微子的结果。我们对这些非标准参数的约束,在许多情况下,重叠通过其他考虑得出的,可以进一步扩展更好的信心,在太阳的金属性和太阳中微子CNO通量的值。有趣的是,我们的工作揭示了太阳金属性和所调用的非标准介质的存在之间的简并性。
2021-06-27 astro-ph.HE hep-ph
Light dark matter and $Z'$ dark force at colliders
光暗物质,$<10$ GeV,具有相当大的直接探测率是一个有趣的和较少探索的场景。对撞机的搜索可以非常强大,例如通过一个通道,其中一对暗物质粒子与喷流相关联。这是一个通用的可能性,介质之间的相互作用DM和核也将访问在Tevatron和LHC。因此,对介质的对撞机搜索可以为暗物质及其相互作用提供更全面的探测。在这篇文章中,为了证明这两种方法的互补性,我们专注于调解人是一个新的$U(1)'$规范玻色子,这可能是最简单的模型,允许一个大的直接检测横截面的光暗物质候选人的可能性。我们结合搜索单射流+MET通道和双射流共振搜索介质。我们发现,对于250 GeV和4 TeV之间的$Z'$的质量,在对撞机的共振搜索提供了更强的约束,这个模型比单喷+MET搜索。
2012-02-13 hep-ph
Self-interacting sterile neutrino dark matter: the heavy-mediator case
要让活性-无菌混合对暗物质的全部残余丰度负责,除了千电子伏级的无菌中微子本身之外,还需要额外的新物理。我们在这里考虑的额外因素是无菌中微子之间存在的自相互作用。我们研究是否活跃到无菌转换足够放大,在这种情况下,所观察到的丰富的暗物质,可以得到一个subconstraint混合角。在我们所探索的区域,情况并非如此:要么自相互作用的影响太小,无法逃脱质量和混合角的界限,要么它们的影响太大,导致暗物质产生过剩。从边缘到过度有效性的急剧转变发生,因为在有效的介质内混合角中满足共振准则。一旦系统发生共振,游戏就结束了,因为玻尔兹曼方程中的非线性导致无菌中微子的失控产生,从几百MeV的等离子体温度开始,通常在几十MeV结束。因此,这种情况在很大程度上被其自身的动态所排除。在这项研究中,我们只专注于介质重于$\sim 1$ GeV,未来的工作将扩展到较轻的介质的分析,允许接触的情况下,由小规模结构的问题所激发的。
2019-08-03 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on Neutrino Secret Interactions from Multi-messenger Neutrinos Scattering on C$ν$B
本研究利用多源高能中微子与宇宙中微子背景的散射,通过解析方法拓展了中微子隐秘相互作用的媒介子质量约束范围,给出了低质量区矢量耦合的更强限制。
2025-09-05 hep-ph
Prospects for the detection of Dark Matter with Long-lived Mediators in the Sun using the Southern Wide-field Gamma-ray Observatory
本研究基于隐匿模型的隐藏扇区假说,评估下一代南方广视场伽马射线天文台(SWGO)探测太阳暗物质湮灭产生的长寿命媒介子衰变伽马信号的能力,发现其对5 TeV以下暗物质的自旋相关截面探测灵敏度比现有设备高一个数量级以上。
2025-01-17 astro-ph.HE hep-ph
Lorentz-symmetry violation in the electroweak sector: scattering processes in future $e^+ \, e^-$ colliders
我们研究了CPT奇非最小洛伦兹对称破坏耦合在电弱部门修改轻子,规范介质和希格斯玻色子之间的相互作用。本文讨论了三个重要的电弱过程:$e^+ \, e^- \rightarrow Z \, H$,$e^+ \, e^- \rightarrow Z \, Z$和$γ\, γ\rightarrow W^+ \, W^-$的树能级微分截面。通过考虑下一代$e^+ \, e^-$对撞机达到TeV级的质心能量和估计的相应截面的测量精度的提高,我们能够项目上严格的$\lesssim 10^{-5} \, \mbox{GeV}^{-1}$,与以前的工作类似的洛伦兹违反耦合的纯类时背景4矢量的上限。
2021-12-01 hep-ph hep-th
Astrophysical Signatures of Secluded Dark Matter
我们分析了WIMP暗物质的隐蔽模型的间接天体物理特征,其特征在于湮灭成光兆电子伏尺度介质是亚稳态衰变成标准模型状态的弱尺度速率。这种情况下允许一个显着的增强的湮灭截面在星系晕相对于其值在冻结,特别是当介质是轻到足以进行这一过程,通过辐射捕获到一个亚稳态的“WIMP-鎓”的束缚态。对于在隐藏的U(1)'规范群下带电的MeV尺度矢量介质,增强的湮灭率主要导致相当大的过量正电子通量,即使在没有天体物理助推因子的情况下。
2008-11-17 astro-ph hep-ph
A Fast Earth-scattering Formalism for Light Dark Matter with Dark Photon Mediators
Instituto de Fı́sica de Cantabria (IFCA, UC-CSIC)(坎塔布里亚物理研究所)
本文提出一种用于轻暗物质的快速地球散射形式化方法,通过减少计算成本提高日常调制信号建模效率。
2025-12-17 astro-ph.CO hep-ph
Solar Gamma Rays Powered by Secluded Dark Matter
在隐蔽的暗物质模型中,WIMP首先湮灭成亚稳态介质,可以以伽马射线和带电粒子通量的形式呈现新的间接探测特征,这些粒子来自与太阳系内大型天体物理体(如太阳和较大的行星)中心相关的方向。这自然会发生,如果调解人的平均自由程是在超过太阳(或行星)半径。我们表明,现有的限制水切伦科夫探测器已经提供了一种新的探测这些模型的参数空间,与其他来源的互补,具有显着的范围为未来的改进,从高角分辨率伽马射线望远镜,如费米-LAT。介质衰变产生的带电粒子通量也能够对高能电子和正电子的光谱做出重要的太阳系成分,这种可能性可以用PAMELA和费米的方向和时间信息来测试。
2009-10-08 astro-ph.HE hep-ph
Rapid bound-state formation of Dark Matter in the Early Universe
重新考虑了暗物质和共湮灭伙伴的热解耦描述。如果DM在TeV质量区域或更高的区域实现,即使是最重的电弱力载流子也可以作为长程力,导致亚稳态DM束缚态的存在。后者的形成和随后的衰变在索末菲增强之上的冻结过程中进一步耗尽了遗迹密度,允许更大的DM质量。虽然到目前为止,通过发射的壳层介质($W^{\pm}$,$Z$,$H$,$g$,光子或外来)的束缚态的形成,我们指出,这个特定的过程并不一定是占主导地位的散射束缚态转换通道一般。如果介质以直接的方式耦合到早期宇宙中存在的任何相对论性物质,则可以通过粒子散射有效地形成束缚态,其中介质实际上是交换的。为了证明这样一个虚拟的受激转换过程可以主导的壳层发射,即使在所有的温度下,我们分析了一个简化的模型,其中DM耦合到只有一个相对论物种在原始等离子体通过电弱尺度介体。我们发现,通过粒子散射的束缚态形成截面可以超过壳层发射高达几个数量级。
2019-12-06 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Excited bound states and their role in dark matter production
本文研究高度激发束缚态对早期宇宙暗物质数密度演化的影响,提出可处理百万级束缚态过程的高效方法,并在superWIMP机制中发现激发态使媒介子持续耗减至衰变,从而放宽暗物质质量约束。
2023-11-29 astro-ph.CO hep-ph