Singlet-Doublet Dark Matter Freeze-in: LHC displaced signatures versus cosmology
我们研究了弱耦合区的单重态-二重态暗物质模型,其中的暗物质丰度是通过冻结机制得到的。由于小的耦合,模型中较重的粒子在对撞机实验的典型尺度下具有长寿命的衰变长度。我们分析的碰撞机签名的模型,其特征在于位移$h$和$Z$玻色子加上丢失的动量,采用当前的大型强子对撞机搜索位移顶点和丢失的能量显着约束的参数空间的模型。我们还考虑到我们的光暗物质候选人从莱曼- $α$森林约束相关的宇宙学边界。我们的分析强调了在大型强子对撞机和宇宙学的暗物质候选人,其遗迹丰度是通过冻结机制获得的位移签名之间的相互作用。
2018-09-12 hep-ph
Probing Dark Matter freeze-in with long-lived particle signatures: MATHUSLA, HL-LHC and FCC-hh
对长寿命粒子的对撞机搜索产生了一个有希望的途径来探测通过母粒子的衰变冻结产生的暗物质。本文以标准模型希格斯粒子冻结暗物质为例,分析了在大型强子对撞机及更远的地方,从中性母粒子的衰变中探测冻结暗物质的参数空间的前景。我们得到的投影灵敏度的建议MATHUSLA表面探测器(MATHUSLA 100和MATHUSLA 200配置)的长寿命粒子搜索冻结在暗物质参数空间,并研究其互补性的搜索由ATLAS和CMS在HL-LHC,以及与宇宙学的约束的相互作用:大爆炸核合成和莱曼- $α$森林观测。然后,我们分析的灵敏度,将来自未来的100 TeV的$pp$对撞机内的前向探测器的改进。此外,我们还讨论了几个技术方面的目前的暗物质冻结的情况下:电弱相变的作用;列入热质量,这是以前被忽视的冻结从衰变研究; $2\to 2$散射过程的影响上的暗物质遗迹丰度;和冻结和超级WIMP暗物质生产机制之间的相互作用。
2019-08-29 hep-ph
Warm fermionic dark matter from freeze-in at stronger coupling
Departamento de Física da Universidade de Aveiro(阿威罗大学物理系);Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas (LIP), Universidade do Minho(米尼奥大学粒子物理实验仪器实验室)
研究最小希格斯门户模型中更强耦合下冻结产生的暖费米子暗物质,发现其产生反应受速度抑制,需更高再加热温度,且动量分布非热,Lyman-α约束排除质量低于约100-180 keV。
2026-06-23 astro-ph.CO hep-ph
Warm Dark Matter via Ultra-Violet Freeze-In: Reheating Temperature and Non-Thermal Distribution for Fermionic Higgs Portal Dark Matter
千电子伏量级的暖暗物质(WDM)可能能够解决冷暗物质模拟和观测中结构形成之间的不一致。WDM的详细特性将取决于其能量分布,特别是它如何偏离WDM模拟中通常假设的热分布。在这里,我们专注于WDM生产通过紫外线(UV)冻结的机制,费米子希格斯门暗物质$ψ$通过门户互动$\barψψH^{\dagger}H/Λ$产生的情况下。介绍了一种新的方法来简化暗物质冻结非热能分布的计算。我们发现,从紫外冻结的非热能分布是热比相应的热分布,并具有非热归一化的玻色-爱因斯坦分布的形式。由此得到的暗物质费米子质量范围与观测结果一致,为5-7千电子伏。再加热温度必须满足$T_{R} \gtrsim 120 $ GeV,以考虑到观测到的暗物质密度时,$m_ψ \approx 5 $千电子伏,其中的下限对$T_{R}$对应的限制,费米子质量完全是由于通过门户相互作用的电弱对称性破缺。相互作用标度上的相应界限是$Λ\gtrsim 6.0 \times 10^{9}$ GeV。
2016-08-16 astro-ph.CO 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
Higgs Portal Majorana Fermionic Dark Matter with the Freeze-in Mechanism
该研究构建了通过高维希格斯Portal耦合的马约拉纳费米子暗物质模型,分析Freeze-in机制下的遗迹丰度约束并得到参数上限,验证了对应参数区的直接探测截面低于现有实验上限。
2023-06-22 hep-ph hep-th
Photonic Freeze-In
The University of Melbourne(墨尔本大学)
研究一种暗物质仅通过光子湮灭产生的冻结生成新情景,聚焦低再加热温度宇宙历史,可通过直接探测等手段探究,还讨论了能实现此情景的紫外完备模型。
2026-07-07 hep-ph
Freeze-in at Low Reheating and Direct Detection of Fermion Dark Matter
Ferdowsi University of Mashhad(马什哈德 Ferdowsi 大学);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))
本文研究了低温重加热条件下费米暗物质的冻结-in机制,并通过LZ和DARWIN实验探讨其直接探测约束与预测。
2025-11-26 hep-ph
Gravitational Wave-Induced Freeze-In of Fermionic Dark Matter
Swansea University(斯旺西大学);Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY(德国电子同步加速器);Universität Hamburg(汉堡大学);CERN(欧洲核子研究组织);Johannes Gutenberg University(约翰内斯·古腾堡大学)
研究通过引力波背景实现费米暗物质冻结,利用in-out方法计算Weyl费米子能量密度,探讨其作为暗物质的可行性。
2026-02-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
$Z^\prime$-mediated dark matter freeze-in at stronger coupling
研究$Z^\prime$介导的费米子暗物质在玻尔兹曼抑制下的冻结产生,发现需强规范耦合,并指出该模型可被直接探测实验检验。
2024-09-03 hep-ph
A warped scalar portal to fermionic dark matter
我们认为,扩展的SM与一个扭曲的额外的维度,连同一个新的$\mathbb{Z}_2$ -奇数标量单线态,提供了一个自然的解释,不仅为层次问题,而且为费米子的大质量和观测到的暗物质遗迹丰度的性质。特别是,新标量粒子的卡鲁扎-克莱因激发,这是通过Yukawa类相互作用自然获得费米子体质量所必需的,可以成为任何费米子传播到额外维度的主体并扮演暗物质角色的主要门户。此外,这种标量激发必然会与希格斯玻色子混合,导致希格斯耦合和分支比的改变,并允许希格斯介导费米子暗物质的共湮灭。我们研究这些影响,并探讨在这些新的重标量介质的存在下,无论是在通常的冻结出的情况下,在冻结出的情况下,发生在早期的物质统治的费米暗物质的可行性。
2021-01-26 hep-ph
Freeze-In Dark Matter with Displaced Signatures at Colliders
暗物质($X$)可能是在早期物质主导(MD)时代由TeV尺度的新物理学产生的,该时代结束于温度$T_R \ll {\rm TeV}$。与传统的辐射主导(RD)的结果相比,从冷冻出和冷冻过程的产量大大抑制稀释熵产生,使冷冻出不太合理,同时允许成功的冷冻在一个更大的耦合强度。冻结通常由热浴的颗粒$B$的衰变($B \rightarrow X$)主导。对于相关宇宙学参数空间的很大一部分,产生观测到的暗物质丰度所需的衰变率导致大型强子对撞机和未来对撞机上的位移信号,对于${\rm keV} < m_X < m_B$范围内的任何$m_X$和这些对撞机可访问的$m_B$值。这一结果适用于早期MD时代是否出现后,传统的通货膨胀,当PDMATHAMT是通常的再热温度,或是一个通用的MD时代与替代的起源。在前一种情况下,如果$m_X$大到足以从运动学测量,则可以提取再热温度$T_R$。我们的结果与$B \rightarrow X$的具体粒子物理实现无关,并且可以通过后膨胀(一般MD)宇宙学中维数小于8(4)的任何算子来实现。DFS轴子理论提供了一个有趣的例子,它具有TeV尺度的超对称性和质量为GeV到TeV的轴子暗物质,这在传统的RD宇宙学中通常是过度产生的。如果$B$是希格斯玻色子,那么$\tilde h$、希格斯玻色子、W和Z粒子就会出现在位移衰变$\tilde h \rightarrow h …
2015-12-17 hep-ph
Flavoured Majorana Dark Matter then and now: From freeze-out scenarios to LHC signatures
本文在暗最小味破坏框架下研究带味 Majorana 暗物质模型,发现转换驱动冻结-out 机制可打开小质量劈裂和弱耦合的参数窗口,并通过重新解释 LHC 搜索指出单顶产生中的电荷不对称性是新的探测机会。
2024-07-01 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
Spontaneous Freeze Out of Dark Matter From an Early Thermal Phase Transition
我们提出了一个新的范式,在早期宇宙中的暗物质的热生产,其中暗物质粒子获得其质量和冻结后,自发地从热浴暗相变发生。退耦的出现是因为暗物质粒子突然变得非相对论性,而不是因为任何衰变通道在运动学上变得接近。我们提出了一个最小的方案,其中标量和费米暗物质是在热平衡与标准模型浴。我们计算的标量势的有限温度修正,并确定了一个区域的参数空间中的费米暗物质的质量自发地跳过温度时,暗相变发生。我们探讨了这样一个模型在简单的情况下的现象学意义,并表明暗物质粒子的湮灭截面必须大于一个数量级以上,通常的恒定质量的WIMP方案相比,以适应正确的遗物丰度。我们表明,在自发冻结制度TeV尺度的费米暗物质,通过s波过程湮灭成轻子可以在不久的将来检测。
2019-12-05 astro-ph.HE hep-ph hep-th
Modifying dark matter indirect detection signals by thermal effects at freeze-out
我们提出了一个扩展的标准模型,包含一个费米子暗物质的候选人和两个真正的标量单态,其中所观察到的暗物质丰度是通过冻结之前产生的电弱相变。我们指出,在这种情况下,决定暗物质冻结的暗物质湮灭通道不同于产生间接探测信号的通道。我们提出了一个基准模型,其中的间接湮灭截面不同于冻结的。该模型也有一个引力波签名,由于一阶电弱相变。
2018-07-19 hep-ph
Infrared Effects of Ultraviolet Operators on Dark Matter Freeze-In
暗物质与标准模型的相互作用太弱,无法达到完全的热力学平衡,但仍然可以通过罕见的标准模型碰撞产生大量的暗物质。这种机制称为冻结,可以通过具有非常小的系数的可重正化连接器算子或被大质量尺度抑制的不可重正化连接器算子进行。在后一种不可重整化的情况下,DM粒子的主要产生通常发生在辐射时代(假设标准宇宙学历史)达到的最大SM温度下,因此它被称为紫外冻结。我们发现,非重整化运营商也可以在较低的温度下到DM粒子的质量以下的DM密度作出重要贡献。要做到这一点,我们计算的生产,湮灭和冻结出DM在一个简单的黑暗部门组成的一个大规模的狄拉克费米子DM候选人耦合到一个无质量的阿贝尔矢量玻色子的唯一连接到SM通过费米子希格斯门户运营商。对于理论中广泛的参数,暗区以通常的方式被紫外线冻结填充,自热化到低于SM的暗温度,并经历热冻结。我们发现,在冻结过程中,后期残留的冻结反应可以进一步填充的黑暗部门,并增加DM遗迹密度超过标准的黑暗部门冻结。
2018-11-21 hep-ph
System-size dependence of the pion freeze-out volume as a potential signature for the phase transition to a Quark Gluon Plasma
用UrQMD输运模型和CRAB分析程序计算了RHIC/SPS低能下C+C、Si+Si、Cu+Cu和In+In的HBT关联函数和带负电荷π介子半径.我们发现在低横动量和$E_{lab}\sim 20-30A$ GeV附近的π冻结体积的激发函数中存在一个极小值,这可能与从强子到弦物质的转变有关(这可能被解释为QGP的前体)。最小值的存在被解释为两种机制的粒子生产,共振衰变和字符串的形成/分裂的竞争。
2010-09-17 hep-ex hep-ph nucl-th
Mono-Higgs signature in fermionic dark matter model
在光的希格斯玻色子的发现,我们探讨单希格斯签名与暗物质对生产在LHC在一个重正化模型与费米子暗物质候选人。对于两个通道的$γγ+\text{MET}$和$b \bar b+\text{MET}$在最终状态下,我们模拟SM背景和信号事件在$\sqrt{s} = 14$ TeV。然后,我们估计LHC的灵敏度为两个积分亮度${\cal L} = 300~\text{fb}^{-1}$和${\cal L} = 3~ \text{ab}^{-1}$的各种基准点。考虑到单Higgs签名、观测到的暗物质遗迹密度、Higgs物理、微扰性要求和电弱测量的限制,我们约束了暗物质-SM相互作用的Yukawa耦合。关于单希格斯粒子搜索,事实证明,具有最大分支比的通道,$b \bar b$通道,提供了更好的灵敏度。在模型的参数空间中存在与上述所有边界相容的区域,这些区域可以在未来的LHC研究中达到。
2017-08-12 hep-ph
WIMP and FIMP Dark Matter in Singlet-Triplet Fermionic Model
我们提出了一个包含三重态费米子,一个三重态标量和一个单重态费米子的扩展模型,它可以解释中微子质量和暗物质。一个费米子的三重态和一个单重态在$Z_2$对称下是奇数,因此该模型具有两种可能的暗物质候选者。剩下的两个$Z_2$ -偶三重态费米子可以再现中微子质量和振荡参数,与观测结果一致。我们考虑的情况下,单线态有微弱的耦合,而三重态是弱相互作用,并调查不同的可能性再现所观察到的暗物质遗物密度。这包括从冻结和从单线态的衰变产生三线态WIMP,以及从属于热浴或热解耦的颗粒的衰变产生单线态的冻结。虽然冻结的生产通常是由衰变过程中,我们也展示的情况下,浴粒子的湮灭给最终的遗物密度作出重大贡献。这发生在新标量低于TeV标度时,因此在LHC的范围内。次轻的奇粒子可以是长寿命的,并且可以改变BBN对轻元素丰度的成功预测,这些约束在单线态或三线态是长寿命粒子的情况下都是相关的。在三元组是DM的情况下,模型受到正在进行的直接,间接和对撞机实验的约束。当单重态是DM时,作为次轻的奇粒子的三重态可以是长寿命的,并且可以在建议的MATHUSLA探测器上探测。最后,我们还讨论了三重态费米子和标量在大型强子对撞机上的探测前景。
2022-11-27 hep-ph
Higgs Quadruplet Impact on $W$ Mass Shift, Dark Matter, and LHC Signatures
本文研究在标准模型中加入 Higgs 四重态对 $W$ 玻色子质量、暗物质产生机制的影响,并探讨了 LHC 上该四重态双电荷标量分量的同号轻子特征信号。
2024-03-29 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
Collider signatures of fermionic scotogenic dark matter
本文研究改进型单态-三重态 scotogenic 模型中费米子 WIMP 暗物质的现象学,指出 LHC/LHC-HL 对 LSP 的对撞机搜索与轻子味破坏及暗物质探测高度互补。
2025-09-01 hep-ph
Fermionic WIMPs and Vacuum Stability in the Scotogenic Model
我们证明了真空稳定性的条件严重限制了暗生模型中费米WIMP暗物质的情况。在这些情况下,通过热冻结来满足暗物质约束所需的相当大的汤川耦合往往会在低于最重单态费米子的尺度下使真空不稳定,从而使模型从理论的角度来看不一致。通过对参数空间的扫描,我们研究了这些重整化群效应对该模型可行区域的影响。我们的分析表明,90%以上的点与所有已知的实验约束--包括中微子质量、暗物质密度和轻子味违反--相一致,但实际上是不一致的。
2016-12-14 hep-ph
Freeze-in Asymmetric Dark Matter with a Dual-Role Scalar: CP Violation and Symmetric-Component Depletion
Yazd University(亚兹德大学)
该研究提出一种冻结进入非对称费米子暗物质模型,通过CP破坏衰变产生不对称性,并利用双重角色标量消除对称分量,满足观测丰度且不受当前实验约束。
2026-10-06 hep-ph
Limitations of Freeze-in WIMP Dark Matter from Supercooled Phase Transitions
本文系统考察过冷一阶相变触发 WIMP 冻结的单组分暗物质模型,发现除既有标量模型外均不满足 T2 >> T1,从而限制最小模型构建。
2025-07-23 hep-ph
Evading Dark Matter Bounds through NLSP-Assisted Freeze-Out with Long-Lived Signatures
本研究提出NLSP辅助的转化驱动暗物质冻结机制,在$U(1)_{B-L}$模型中重现暗物质遗迹丰度,规避现有探测限制,分析长寿命NLSP的未来探测前景及BBN约束。
2025-06-12 hep-ph
Conversion-Driven Freeze-Out: A Common Framework for Dark Matter and Baryogenesis
本文提出转换驱动的冻结机制,使弱耦合暗物质热化并预言对撞机长寿命粒子信号,同时展示该机制可自然实现重子生成,统一解释暗物质与重子物质起源。
2025-04-10 hep-ph
Absorption of Fermionic Dark Matter via the Scalar Portal
本研究构建了费米子暗物质吸收特征对应的标量有效算符的首个紫外完备模型,计算了模型约束与可行参数空间,验证了暗区退耦可得到正确遗迹丰度,但发现该最简模型中对应正确遗迹丰度的参数空间内吸收信号被高度抑制。
2024-05-15 hep-ph
Unraveling Freeze-in Dark matter through the echoes of gravitational waves
Physical Research Laboratory(物理研究实验室);Indian Institute of Technology Kanpur(坎普尔印度理工学院)
研究通过引力波信号探测冻结在暗物质,提出高频率引力波实验可验证暗物质参数,弥补现有实验局限。
2026-03-26 hep-ph
Singlet-Doublet Fermionic Dark Matter, Neutrino Mass and Collider Signatures
我们提出了一个标准模型的最小扩展,通过引入一个超荷为2的标量三重态和两个矢量轻子:一个二重态和一个单重态,来同时解释宇宙中中微子质量和暗物质的非零含量. DM出现作为一个混合的中性分量的矢量轻子二重态和单线态,是奇数下离散的$Z_2$对称。在电弱对称破缺后,三重态标量得到一个感生的Vev,它不仅给轻中微子,而且给DM提供Majorana质量。由于DM的Majorana质量,$Z$介导的与核子的弹性散射是不允许的。然而,希格斯介导的直接检测横截面的DM提供了一个很好的机会,探测它在氙-1T。在碰撞机上无法检测到DM。然而,DM的带电伙伴(通常是最轻的稳定粒子)可以在大型强子对撞机(LHC)上给出大的dispalced顶点签名。
2017-07-26 hep-ph
FIMP Dark Matter Freeze-in Gauge Mediation and Hidden Sector
我们探讨了暗物质冻结机制的规范调解框架内,其中涉及一个隐藏的弱相互作用大质量粒子(FIMP)与信使领域微弱耦合,而信使仍然在热浴。FIMP是一般亚稳超对称(SUSY)破缺模型中赝模的费米子分量,位于隐藏扇区中。超对称破碎尺度和弱耦合决定了FIMP的残留丰度和质量。引力伴子是规范调解框架中典型的暗物质候选者,它与FMP的冻结一起贡献了暗物质遗迹的丰度。因此,隐藏扇区变成了两个分量,FIMP和引力伴子都驻留在超对称破坏隐藏扇区中。我们指出,FIMP和引力子之间的比例是由超对称性破缺是如何传达给信使。特别是当FIMP主导隐藏扇区时,引力伴子成为隐藏扇区中的次要贡献者。同时,中性伴子被认为是冻结机制中的弱相互作用大质量粒子(WIMP)暗物质候选者和可观测超对称粒子(LOSP)。在冻结规范中介模型的参数空间中,我们进一步发现中性伴子对当前暗物质遗迹密度的贡献是次主导的。我们的结果链接超对称性破坏尺度规范调解框架与FIMP冻结在生产率导致自然和预测的情况下,研究的暗物质在隐藏的部门。
2018-05-10 hep-ph
Jets Plus Same-Sign Dileptons Signatures from Fermionic Leptoquarks at the LHC
在3-3-1模型框架下,我们考虑了费米子细夸克的产生和衰变在大型强子对撞机上的一个显著的实验特征:在$b$喷流处的窄共振加上同号双轻子通道。LHC合作已经积累的数据可能隐藏了大量与这种奇异夸克的产生和衰变相关的事件,允许人们研究模型的大部分参数空间。这些事件的观测与否将有助于重奇异夸克模型的构建。
2012-09-08 hep-ex hep-ph
Relic density and astrophysical signatures of MeV scale bound state dark matter
National Institute of Technology, Tiruchirappalli(国立技术学院特鲁奇拉帕利分校)
研究复杂标量暗物质的SIMPonium束缚态及其对暗物质 relic 密度和天体物理信号的影响
2026-10-27 hep-ph
Quantifying fluctuation signatures of the QCD critical point using maximum entropy freeze-out
Center for Theoretical Physics – a Leinweber Institute, Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院理论物理中心);University of Maryland(马里兰大学);University of Illinois, Chicago(伊利诺伊大学芝加哥分校);The Chinese University of Hong Kong, Shenzhen(香港中文大学(深圳))
研究通过最大熵方法分析粒子乘法的波动,探讨QCD临界点的热力学与粒子谱关联,量化非通用映射参数对质子乘法阶乘累积量的影响。
2026-03-18 hep-ph nucl-ex nucl-th
Confronting minimal freeze-in models with the LHC
我们提出了一类暗物质模型,其中的暗物质粒子是一个弱相互作用的大质量粒子(FIMP)通过衰变的带电和/或有色的母粒子。由于相互作用很弱,暗物质是通过冻结机制产生的,而母粒子是长寿的。后者导致有趣的对撞机签名。我们研究目前的LHC约束我们的模型所产生的搜索重带电粒子,消失的轨道,位移轻子和位移顶点。我们不仅证明了对撞机搜索可以是一个强大的探针冻结在考虑中的暗物质模型,但观察可以导致以及有趣的见解的再加热温度,从而对某些重子生成模型的有效性。
2019-09-30 hep-ph
Flavoured gauge extension of singlet-doublet fermionic dark matter: neutrino mass, high scale validity and collider signatures
我们提出了一个阿贝尔规范版本的单重态-二重态费米子暗物质(DM)模型,其中DM是一个矢量费米子二重态和一个费米子单重态的组合,自然稳定的规范对称性,而不需要任何特设的离散对称性。为了在大型强子对撞机(LHC)等对撞机实验中具有良好的检测前景并扩大低质量DM的参数空间,我们认为额外的规范对称性基于量子$B-3L_τ$,其中对第三代轻子的限制被选择为在相应的规范玻色子上具有来自LHC的较弱边界。在这个模型中出现的三角形反常可以通过引入一个右手中微子来消除,右手中微子通过I型跷跷板机制参与产生轻中微子质量。除了DM,对撞机的前景和轻中微子的质量,该模型还提供了高的标度有效性引起一个稳定的电弱真空和微扰耦合的所有方式到普朗克尺度。我们约束我们的模型参数,从这些要求,以及现有的相关约束DM和碰撞机。
2019-10-15 hep-ph
Possible explanation of indirect gamma ray signatures from hidden sector fermionic dark matter
我们提出在粒子物理学的标准模型(SM)之外存在一个隐藏的或暗的扇区,它的成员(包括费米子和玻色子)服从局域SU(2)$_{\rm H}$规范对称性,同时在SM规范群下表现得像单线态。然而,暗扇区的费米场还具有另一种整体U(1)$_{\rm H}$对称性,这种对称性保持不变。暗扇区的局域SU(2)$_{\rm H}$不变性在该扇区中的标量场获得真空期望值(VEV)时自发地被打破,从而对SU(2)$_{\rm H}$下带电的暗规范玻色子和暗费米子产生质量。在这个黑暗的SU(2)$_{\rm H}$扇区中最轻的费米子可能是一个潜在的暗物质候选者。我们首先研究的可行性模型和约束模型参数空间的理论约束,如真空稳定性和实验约束,如普朗克限制遗物密度,大型强子对撞机的数据,限制自旋无关散射截面从暗物质直接搜索实验等,然后我们调查的伽马射线对湮灭的建议暗物质候选人在银河系中心区域。我们还扩展了我们的计算伽玛射线通量的矮星系的情况下,并比较这些天体物理站点的伽玛射线的签名。
2016-07-09 hep-ph
A Minimal Model For Two-Component FIMP Dark Matter: A Basic Search
在暗物质现象学的多分量配置中,我们提出了一个最小的两分量配置,它是标准模型的扩展,只有三个新的领域;一个标量和一个费米子通过希格斯门与热汤相互作用,由另一个标量介导的方式,暗物质候选者的稳定性同时由一个明确的$Z_2$对称性。针对最常见的冻结框架,我们寻找暗物质粒子签名冻结的情况下,通过评估的遗迹密度和检测信号。该模型的一个简单的显着特点是缺乏暗物质转换,所以暗物质成分单独作用,模型可以完全适应单重标量和单重费米子模型,分别。我们发现暗物质自相互作用是探测这种微弱模型的最有前途的方法。虽然标量分量满足这一约束,但费米子分量甚至在共振区也拒绝这一约束。
2018-06-02 hep-ph
Quantum Gravity Effects on Fermionic Dark Matter and Gravitational Waves
本文将量子引力破坏离散整体对称性的情景扩展至费米子暗物质,利用中微子混合的间接探测约束QG尺度,并通过畴壁湮灭解释脉冲星计时阵列观测到的引力波背景。
2024-05-12 astro-ph.HE hep-ph hep-th
Mono-top Signature from Fermionic Top-partner
我们调查单顶部签名所产生的现象学模型的费米子顶部的合作伙伴,这是退化的质量和衰变成玻色子暗物质候选人,无论是自旋0或自旋1。这样的模型提供了一个单顶签名作为吸烟枪,而传统的搜索与$t\bar t$ +丢失的横向动量是有限的。有两种情况:i)一个唯象的第三代额外维模型与激发的顶部和电弱部门,和ii)一个模型,只有一个顶部伙伴和一个暗物质粒子添加到SM,在简并质量制度进行了研究。我们发现,在额外的维度的情况下,一些不同的过程产生有效地相同的单顶最终状态,并可以获得很大的增益,在该通道的灵敏度。我们表明,单顶搜索可以探索顶伙伴质量高达630 GeV和300 GeV的第三代额外的维模型和最小的费米顶伙伴模型,分别在高亮度LHC。
2017-10-25 hep-ex hep-ph
Dark Sector extensions of the Littlest Seesaw in the presence of Primordial Black Holes
本文研究了原初黑洞存在下扩展的最小跷跷板暗物质模型,通过冻入机制和霍金辐射蒸发两种途径产生暗物质,发现暗物质质量高低决定了最终遗迹由蒸发成分还是冻入成分主导。
2023-05-30 hep-ph
Shedding Flavor on Dark via Freeze-in: $U(1)_{B-3L_i}$ Gauged Extensions
我们考虑了单重态费米暗物质(DM)$χ$在标准模型(SM)的规范$U(1)_{B-3L_i}$扩展,与$i\in e\,,μ\,,τ$,并推导出允许的参数空间上的界限,考虑其生产通过冻结机制。DM与SM通信仅通过有味道的矢量门户$Z_\text{B3L}$,由于其在$U(1)_{B-3L_{i}}$下的非平凡电荷$x$,这也保证了DM在宇宙年龄上对于$x\neq\{\pm 3/2,\pm 3\}$的稳定性。考虑到$Z_\text{B3L}$处于几MeV到几GeV的质量范围内,我们从产生正确剩余丰度的要求出发,得到了规范耦合$g_\text{B3L}$的约束条件。从各种(现在和未来)的实验设施,例如,NuCal,NA64,FASER,SHiP考虑,我们表明,遗物密度允许的参数空间冻结在DM可以探测与$g_\text{B3L}\gtrsim 10^{-8}$的$m_χ<m_\text{ZB3L}/2$和$m_χ\gtrsim m_\text{ZB3L}$,而$g_\text{B3L}\lesssim 10^{-8}$仍然主要是不受约束的。我们还简要地评论了中微子质量产生的影响,通过I型跷跷板和异常$B-3L_μ$规范对称性的背景下。
2022-07-05 hep-ph
Axion-like particles as mediators for dark matter: beyond freeze-out
研究类轴子粒子作为标准模型与费米子暗物质介导者,在标准冻结-out失效时通过冻结-in或退耦冻结-out产生暗物质,改进玻尔兹曼方程求解并重新评估实验约束。
2024-01-05 hep-ph
Probing Freeze-in Dark Matter via Heavy Neutrino Portal
本研究针对通过右手中微子(RHN)门户产生的冻结暗物质,基于含四个自由参数的最小扩展I型跷跷板简化模型,分析两种暗物质产生机制,发现亚TeV质量下满足遗迹密度的参数空间可被现有及未来的重中微子探测设施覆盖。
2023-08-24 astro-ph.CO hep-ph
Self-interacting freeze-in dark matter in a singlet doublet scenario
我们研究了非热产生的暗物质在标量扩展的单重二重态费米子模型中,最轻的混合费米子构成一个合适的暗物质的候选人。暗扇区是MeV尺度的非最小单态标量,在宇宙寿命内是稳定的,可以介导多GeV费米子暗物质的自相互作用,缓解宇宙小尺度结构异常。如果暗区是强耦合的,它在冻结产生后经历内部暗热平衡,我们最终会在辐射主导的宇宙中得到费米子暗物质的抑制残留丰度。相反,在早期时代,一个修正的宇宙相的存在驱使费米子暗物质满足几乎所有观测到的遗迹。它也证明了一个非传统的宇宙学历史的假设可以允许GeV尺度的暗物质,以提高灵敏度,从位移顶点签名在大型强子对撞机探测。
2021-12-16 hep-ph
Sub-MeV Self Interacting Dark Matter
本文提出了一个具有强自相互作用的亚MeV暗物质模型,它可以解决$Λ$ CDM的一些小尺度危机。暗物质是一种马约拉纳费米子,它只与隐藏的$U(1)_D$规范玻色子发生非对角相互作用。残余密度是通过冻结出玻尔兹曼抑制湮灭到一个轻的费米子物种。自相互作用是一个单回路过程,并被限制在0.1至1 cm $^2$ /g之间。BBN对$N_{eff}$的严格限制要求暗区和可见区在冻结期间不处于热平衡。这种温度不对称的影响进行了研究。
2018-06-21 hep-ph
Discovery Prospects for a Minimal Dark Matter Model at Cosmic and Intensity Frontier Experiments
Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院);University of California Santa Cruz(加州大学圣克鲁兹分校);University of Illinois at Urbana-Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校)
该研究探讨了最小暗物质模型在宇宙和强度前沿实验中的探测前景,指出未来实验在不同场景下对暗光子的探测能力互补,且在某些条件下仍可能发现暗光子。
2026-01-28 hep-ph
Freeze-in Dark Matter from Secret Neutrino Interactions
我们研究了一个简化的冻结暗物质模型,其中暗物质只通过一个光标量与标准模型中微子相互作用。冻结机制的极小耦合在几个中微子入口场景中自然地实现了秘密中微子相互作用。我们研究了暗扇区可能的演化历史:如果暗扇区粒子之间的相互作用可以忽略,暗扇区将经历纯冻结产生,而如果暗物质和标量介质的再湮灭足够快,暗扇区内可能发生热平衡。我们调查的遗迹丰度在冻结和黑暗冻结制度,计算暗温度的演变,并研究其唯象方面的BBN和CMB的约束,间接检测签名,以及解决小尺度结构问题的潜力。
2020-06-04 astro-ph.CO hep-ph
Unveiling a Hidden Epoch: Impact of Mediator Induced Matter Domination in Freeze-in Dark Matter
Physical Research Laboratory(物理研究实验室);Indian Institute of Technology Kanpur(坎普尔印度理工学院)
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
Signatures of dark Higgs boson in light fermionic dark matter scenarios
基于光(亚GeV)费米子的热暗物质场景通常需要存在一个额外的暗扇区,其中包含一个大质量的暗光子和一个暗希格斯玻色子。后者产生暗光子质量和暗扇区费米子的附加质量项。这种简单的装置在高强度加速器实验中具有丰富的现象学和光明的探测前景。我们指出,除了研究的伪狄拉克制度,该模型可以实现正确的遗物密度在三种不同的情况下,并详细检查其性质和实验前景。我们特别强调暗希格斯玻色子对探测前景和宇宙学边界的影响。
2018-07-26 hep-ex 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
Sterile Neutrino Dark Matter from Freeze-In
无菌中微子是一种动机良好且被广泛研究的暗物质候选者。通过Dodelson-Widrow机制最直接地实现无菌中微子暗物质,现在被X射线和莱曼-α测量的组合排除了。另一种在文献中越来越流行的产生机制是冻结机制(freeze-in mechanism),它涉及的框架是在热浴中与粒子(通常是标准模型之外的标量)的微弱耦合导致无菌中微子暗物质丰度的逐渐积累。本文回顾了在文献中实现这种框架的各种动机,它们的共同特征和现象学签名。
2015-12-09 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Black Hole Evaporation and Dark Matter Production: II. Interplay with the Freeze-In/Out Mechanism
我们研究了原始黑洞的蒸发如何通过热过程影响暗物质的产生。我们考虑费米子DM与标准模型粒子的相互作用,通过自旋为1的介质的背景下冻结或冻结机制。我们发现,当PBH蒸发后,主导宇宙的能量密度,PBH作为DM的来源,并不断注入熵到可见光区,可以影响热生产在三个质量上不同的方式。我们计算的湮灭截面占PBH产生和热产生的DM人口之间和内部的相互作用,并建立了一组玻尔兹曼方程,我们解决,以获得正确的遗物丰度在这些不同的制度和面对的结果与一组不同的宇宙学约束。我们给出了计算PBH主导的早期宇宙中冻结出和冻结入机制遗迹丰度的解析公式。我们确定的参数空间的PBH稀释的遗迹密度和热化发生的区域。此外,我们已经公开了我们的代码,数值求解玻尔兹曼方程。
2022-01-29 astro-ph.CO hep-ph