DarkSUSY 6.3: Freeze-in, out-of-equilibrium freeze-out, cosmic-ray upscattering and further new features
DarkSUSY是一个多功能的工具,用于精确计算各种各样的暗物质相关信号,从预测暗物质遗迹密度到暗物质自相互作用以及与直接和间接探测实验相关的速率。自2018年DarkSUSY 6发布以来,近年来在所有这些领域都增加了大量新代码,我们在本概述中进行了总结。特别是,DarkSUSY现在允许用户通过冻结机制计算弱相互作用的大质量粒子的遗迹密度,但也提供了新的程序,用于在存在隐蔽暗区的情况下进行冻结计算,以及在冻结过程中未完全建立动力学平衡的模型。在直接探测方面,暗物质的宇宙射线上散射效应已经完全实现,导致预期的地球暗物质通量中的相对论分量占次要地位。最后,增加了与伽马射线、中微子或带电宇宙射线间接搜索相关的更新收益;新的默认光谱基于大量的Pythia 8运行,但用户也可以轻松地在各种替代光谱之间切换。更多的代码细节,包括手册和各种具体的示例应用程序,可以在www.darksusy.org上找到。
2022-03-14 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter Freeze-out During Matter Domination
University of Illinois at Chicago(芝加哥伊利诺伊大学)
本文研究了在非相对论性物质主导宇宙能量密度时的暗物质冻结场景,指出物质主导期的Hubble膨胀率差异及早期物质衰变对暗密度的稀释作用,导致重现观测遗迹密度所需的质量与耦合参数与辐射主导冻结显著不同。
2017-10-15 astro-ph.CO hep-ph
X-rays from Inelastic Dark Matter Freeze-in
本研究探讨了通过轻媒介子冻结产生非弹性暗物质,其较重态长寿命衰变产生光子,并利用银河系中心光子观测有效探测该机制。
2025-09-23 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter Freeze-in Production in Fast-Expanding Universes
如果暗物质是在大爆炸核合成之前的早期宇宙中产生的,那么修改后的宇宙历史可以极大地影响残余暗物质粒子的丰度。在这里,我们假设一个额外的物种辐射在早期占主导地位,导致在一个给定的温度下的膨胀率大于在标准的辐射主导的情况下。我们证明,如果是这种情况下,暗物质生产通过冻结(一种情况下,当暗物质相互作用非常弱,并倾倒在早期宇宙的平衡衰变或散射过程中涉及粒子在热浴)是显着抑制。我们说明和定量和分析研究这一现象的三个不同的范式类冻结的情况。为了使冻结的暗物质丰度与观测结果一样大,暗物质和可见扇区粒子之间的耦合必须增强几个数量级。这为探测冻结产生的暗物质的实验和观测前景带来了一些乐观的前景。
2018-02-22 astro-ph.CO hep-ph
Probing the freeze-in mechanism in dark matter models with $U(1)^\prime$ gauge extensions
具有微小规范耦合的MeV尺度的新规范玻色子(所谓的暗光子)可能是暗物质冻结产生的原因,并为目前和未来的实验提供了明确的目标。我们研究了暗光子和标准模型规范玻色子之间的热混合以及由此产生的等离激元衰变对电弱相变前后暗物质产生的影响。在观测到的暗物质遗迹丰度所偏好的参数区域中,暗光子的寿命足够长,可以用固定目标实验进行探测,而光则足以引起直接探测信号。事实上,XENON1T的电流限制已经将狄拉克费米子暗物质限制在GeV到TeV的范围内,这些物质是通过冻结机制产生的。我们说明了我们的研究结果的情况下,$U(1)_{B-L}$规范扩展,并讨论可能的概括。
2019-08-26 astro-ph.CO hep-ph
Implications of Two-component Dark Matter Induced by Forbidden Channels and Thermal Freeze-out
我们考虑一个基于隐藏的$U(1)_D$对称性的双组分暗物质模型,其中暗物质的残余密度由禁戒通道和热冻结决定。隐藏的$U(1)_D$对称性自发地破缺为剩余的$\mathbb{Z}_4$对称性,最轻的$\mathbb{Z}_4$带电粒子可能是暗物质的候选者。此外,根据暗区的质量等级,我们有两种成分的暗物质。我们发现,遗迹密度较轻的暗物质成分可以确定禁止湮灭通道,需要更大的耦合相比,正常的冻结机制。结果表明,较轻的暗物质组分可以产生较大的自相互作用,这可能解决$Λ$ CDM模型的小尺度问题。另一方面,较重的暗物质成分是由正常的冻结机制产生的。我们发现,有趣的影响之间出现的两个暗物质组件在这个框架。我们探索这些暗物质粒子的可探测性,并显示一些参数空间可以通过SHiP实验进行测试。
2017-01-20 astro-ph.CO hep-ph
Reviving $Z$ and Higgs Mediated Dark Matter Models in Matter Dominated Freeze-out
University of Illinois at Chicago(芝加哥伊利诺伊大学);University of California, Berkeley(加州大学伯克利分校);LBNL(劳伦斯伯克利国家实验室);Mathematics Sciences Research Institute(数学科学研究所)
本文重新审视了物质主导冻结期背景下通过 Higgs 和 $Z$ 玻色子介导的暗物质模型,发现物质主导冻结可放宽辐射主导情况下的实验限制,从而复兴这些经典通道,并讨论了宇宙主导成分转变期间暗物质退耦与产生的区别。
2019-11-06 astro-ph.CO hep-ph
Two-component asymmetric dark matter via bound states and freeze-in decay
我们提出了一种新的机制,通过束缚态的形成和后期冻结衰变来实现质量尺度非常不同的双组分非对称暗物质。假设SM重子和两个暗物质组分最初共享粒子-反粒子不对称性,我们证明了由重组分形成的束缚态的存在可以有效地通过后期衰变将不对称性从重组分转移到轻组分.在这种情况下,两个分量的能量密度可以是可比的,并且再现了正确的遗迹密度。
2020-04-29 astro-ph.CO 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
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
Dark matter freeze-in from semi-production
我们研究了一种新的暗物质产生机制,该机制是基于冻结-半产生,即逆半湮灭过程。这种情况的一个特殊特征是,生产率受到暗物质初始丰度的抑制,因此产生观测到的丰度需要比通常的冻结大得多的耦合值。我们提供了一个具体的例子模型,展示这样的生产机制,并详细研究它,扩展标准的形式主义,包括暗物质温度的演变及其数量密度,并讨论这种改进的治疗的重要性。最后,我们面对遗迹密度约束的限制和前景的暗物质间接探测搜索。我们表明,即使在早期宇宙中,暗物质从未处于完全热平衡状态,但它仍然可以具有足够强的现代湮灭截面,从而产生可观测到的信号。
2021-06-07 astro-ph.CO hep-ph
Relativistic Freeze-in with Scalar Dark Matter in a Gauged $B-L$ Model and Electroweak Symmetry Breaking
在规范$B-L$模型中,我们研究了标量暗物质的相对论冻结产生,重点研究了标准模型(SM)和$B-L$希格斯玻色子的衰变和湮灭产生暗物质的过程.在我们的分析中,我们考虑了玻色-爱因斯坦(BE)和费米-狄拉克(FD)统计,以及SM希格斯玻色子的热质量修正。我们发现,除了SM希格斯玻色子,$B-L$标量的湮灭和衰变也可以大大有助于暗物质遗迹密度。电弱对称性破缺(EWSB)和BE框架中的热质量校正的潜在效应大大增强了暗物质遗迹,因为它通过标量湮灭在EWSB温度附近冻结。然而,当暗物质在EWSB之后的时期冻结时,这种效应就不那么突出了,主要是标量的衰变。这种分析的结果是相当普遍的,并适用于其他类似的情况。
2021-05-20 astro-ph.CO hep-ph
Conversion-driven freeze-out: Dark matter genesis beyond the WIMP paradigm
我们考虑暗物质(DM)与标准模型(SM)的弱耦合,使得它的自湮灭截面远小于正则截面$\langleσv\rangle_{χχ} \ll 10^{-26}\mathrm{cm}^3/\mathrm{s}$。在这种情况下,DM自湮灭对于冻结出的动力学是可以忽略的,并且DM稀释仅由较重的伴随暗扇区粒子的有效湮灭驱动,只要DM保持与暗扇区的化学平衡。这种化学平衡是通过转换过程建立的,转换过程需要比湮灭小得多的耦合才能有效。DM与SM的化学解耦可以通过湮灭的冻结(类似于共湮灭情景)或转化过程的冻结(导致转化驱动的冻结)来启动。我们专注于后者,并讨论其独特的现象学。
2019-03-30 astro-ph.CO hep-ph
Freeze-in dark matter in EDGES 21-cm signal
针对EDGES 21厘米信号支持的类库仑相互作用冻结暗物质,研究单双组分情形,通过截面转换与玻尔兹曼方程分析,发现亚GeV质量范围的两类模型均被恒星冷却约束排除。
2023-06-26 astro-ph.CO hep-ph
Sterile neutrino dark matter: relativistic freeze-out
本文研究惰性中微子暗物质在暗扇区中的冻结机制,利用完整量子统计分布函数分析相对论性冻结条件,发现其仅存在于较小参数空间,但允许暗物质质量高达 $10^4$ TeV 且不破坏微扰性。
2023-05-08 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
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
Freeze-In Production of FIMP Dark Matter
我们提出了另一种可计算的暗物质成因机制,“热冻结”,涉及一个弱相互作用大质量粒子(FIMP)与热浴的相互作用如此微弱,它永远不会达到热平衡。与传统的“热冻结”产生机制一样,遗迹丰度反映了初始热分布与粒子质量和耦合的组合,这些都可以在实验室或天体物理学中测量。冷冻产率是由接近FIMP质量的低温主导的IR,并且独立于未知的UV物理,例如膨胀后的再加热温度。弦论紧化的模和模子从弱尺度超对称破缺中获得质量,提供了冻结机制的实现,就像使用狄拉克中微子质量或大统一体尺度抑制相互作用的模型一样。冻结和FIMPs的实验信号可能是壮观的,包括在LHC中产生新的亚稳态有色或带电粒子以及大爆炸核合成的改变。
2009-12-08 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational freeze-in dark matter from Higgs Preheating
本文研究了Higgs preheating期间基于非微扰共振的引力freeze-in暗物质产生机制,发现通过格点方法可证明快子共振被强反作用禁止,而参数共振在紫外尺度下调整Higgs自相互作用耦合后可行,并推导出暗物质遗迹密度,揭示了暗物质质量大于暴胀子质量的新参数空间。
2023-11-30 astro-ph.CO hep-ph
Freeze-in production of decaying dark matter in five steps
我们研究了在keV到MeV范围内与标准模型希格斯玻色子玻色子有微小混合的标量玻色子的宇宙学演化和唯象性质。混合决定了通过冻结机制产生的轻标量的丰度和它们的寿命。有趣的是,这些标量所需的参数来解释目前宇宙中所有的暗物质,一般预测寿命与现在和未来的间接探测实验的灵敏度相当。为了准确地确定光标量的遗迹丰度,我们计算冻结产量包括有限温度和量子统计的影响,并开发了一种新的方法来解决玻尔兹曼方程的数量变化过程中的黑暗部门。我们发现,光标量可以潜在地解释在3.5千电子伏的异常X射线发射,同时逃避约束的结构形成和预测潜在的可观察到的自相互作用截面。
2018-12-05 astro-ph.CO hep-ph
Freeze-in Leptogenesis via Dark-Matter Oscillations
我们通过暗物质振荡研究了冻结重子生成的宇宙学和唯象,将暗物质与标准模型轻子耦合。我们调查可行的模型,有和没有一个$Z_2$对称下,所有新的领域负责。轻子味效应是很重要的leptogenesis在这些模型中,我们确定的方案中,重子不对称性是参数不同的和增强相对于leptogenesis从无菌中微子振荡。我们研究的模型预测了新的电弱带电场的存在,并且可以通过对撞机搜索,结构形成研究,X射线观测和地面低能测试的组合进行测试。
2022-02-08 astro-ph.CO hep-ph
The cosmology of sub-MeV dark matter freeze-in
暗物质(DM)可能是通过光介质冻结的遗迹,其中DM是由热标准模型等离子体中极其微弱的红外主导过程产生的。在最简单的可行模型中,DM质量低于MeV尺度,DM具有小的有效电荷,并且具有非热相空间分布。这个DM候选者将导致可观察到的偏离标准宇宙学演化。在这项工作中,我们结合数据从宇宙微波背景(CMB),莱曼- $α$森林,类星体透镜,恒星流,和银河系卫星丰度冻结DM质量的下限高达$\sim 20\,$ keV,与确切的约束取决于DM热化是否在自己的部门。我们进行预测的CMB-S4实验,氢时代的再电离阵列,和维拉鲁宾天文台,发现冻结DM质量高达$\sim 80\,$ keV可以探索。这些宇宙学探针是高度互补的建议直接检测努力寻找这个DM候选人。
2020-11-16 astro-ph.CO 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
Infrared Freeze-In of Magnetic Dipole Dark Matter
Fermi National Accelerator Laboratory(费米国家加速器实验室);University of Illinois Chicago(伊利诺伊大学芝加哥分校);University of Illinois Urbana-Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校)
本文提出了一种通过红外冻结机制产生亚GeV磁偶极子暗物质的新方法,并探讨了其在宇宙学和天体物理中的应用。
2025-12-08 astro-ph.CO hep-ph
Thermally modified sterile neutrino portal dark matter and gravitational waves from phase transition: The Freeze-in case
我们考虑到热效应的暗物质生产过程的评估。在右手中微子的辅助下,冻结态大质量粒子暗物质的产生历史可以通过两步相变得到修正。衰变/逆衰变或湮灭过程的运动学可以受到宇宙冷却时有限温度效应的影响。该模型所遵循的对称性的历史可以通过DM遗迹丰度演化过程来揭示。可以探测由引力波产生的强一级电弱相变。层次问题的额外标量的数量可以通过LHC的希格斯离壳搜索来探测。
2018-10-07 astro-ph.CO hep-ph
Stimulated Emission of Dark Matter via Thermal Scattering: Novel Limits for Freeze-In and eV Cold Dark Matter
本文证明热母粒子小角度散射的 $2\ o2$ 过程也可引发玻色子暗物质受激发射,并据此修正 freeze-in 产率与动量分布,为 eV 级冷暗物质提供新约束。
2024-10-24 astro-ph.CO hep-ph
Freeze-in from Preheating
我们考虑了膨胀后再加热过程中暗物质的产生。冻结后暗物质的残余密度取决于构成辐射浴的暴胀子散射或衰变产物的能量密度和能量分布。我们比较了微扰和非微扰计算辐射的能量密度。我们还考虑了末态标量积不稳定的可能性。假设无论是热或非热能分布函数,我们比较了这些不同的方法的基础上产生的文物密度。我们表明,目前的冷暗物质密度可以通过冻结预热大范围的暗物质质量。
2021-09-27 astro-ph.CO hep-ph
Strongly self-interacting vector dark matter via freeze-in
我们研究了一个矢量暗物质(VDM)模型,其中暗扇区通过希格斯门耦合到标准模型扇区。如果入口耦合足够小,则可以通过冻结机制产生VDM。结果表明,电弱相变对VDM遗迹密度的预测有重要影响。我们进一步假设,给予VDM质量的暗希格斯玻色子玻色子是如此之轻,以至于它可以诱导强烈的VDM自相互作用,并解决宇宙的小尺度结构问题。正如最新的LUX数据所示,冻结机制所要求的希格斯门耦合非常小,这意味着暗物质直接探测的界限很容易满足。然而,该模型受到BBN、CMB、AMS-02和弥散$γ$ /X射线对VDM的间接检测的很好限制。因此,只有当暗希格斯玻色子的质量不超过${\cal O}({\rm keV})$时,才存在一个参数区域,使得在满足所有其他约束条件的同时,VDM残留物的丰度和VDM自散射都达到合适的值.
2017-11-17 astro-ph.CO hep-ph
Dynamical Dark Matter from Thermal Freeze-Out
在动力学暗物质(DDM)框架中,暗扇区由大量暗粒子组成,它们的质量、寿命和宇宙学丰度彼此之间遵循特定的标度关系。特别是,这个框架的最自然的版本往往需要一个宇宙学丰度谱,它与质量成反比,因此质量较大的暗扇区状态具有较小的丰度。到目前为止,DDM模型的建立主要依赖于非热机制的丰度生成,如错位生产,因为这些机制产生的丰度,具有这种属性。相比之下,最简单的热冻结倾向于产生丰度,随着暗物质成分的质量增加而不是减少。在本文中,我们证明了传统的热冻结机制存在相对简单的修改,“翻转”所产生的丰度谱,产生丰度与质量成反比。此外,我们证明了更广泛的各种寿命,丰度和质量之间的缩放关系可以出现通过热冻结比通过非热机制先前考虑的DDM合奏。因此,本文的结果扩展到热域的DDM框架,并基本上允许我们“设计”我们的DDM合奏随意,以实现丰富的阵列所产生的暗物质现象。
2018-03-22 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino dark matter and the Higgs portal: improved freeze-in analysis
惰性中微子是暗物质的主要候选者之一。它们的质量可能来源于标量场的真空期望值。如果无菌中微子耦合非常小,并且它们与暴胀子的直接耦合被轻子数对称性所禁止,那么主要的暗物质产生机制就是冻结方案。我们研究这种可能性的中微子质量范围高达1 GeV,考虑到相对论生产率的基础上的玻色-爱因斯坦统计,热质量和相变效应。产生机制和主导模式的细节取决于标量和不育中微子质量之间的关系,以及标量是否热化。我们发现,所观察到的暗物质丰度可以产生在所有的情况下考虑。我们还重新审视冻结生产的希格斯门标量,指出融合模式的重要性,以及热化约束。
2020-10-02 astro-ph.CO hep-ph
Impact of freeze-in on dark matter isocurvature
首次分析了冻结入暗物质涨落,提出理论框架计算其对曲率和等曲率微扰的影响,发现非热冻结入过程可保留部分原初等曲率,并给出了未来CMB实验的灵敏度投影。
2023-07-03 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Freeze-In Dark Matter within the Seesaw mechanism
研究表明最小I型Seesaw机制可通过重中性轻子热平衡衰变的freeze-in过程产生keV惰性中微子暗物质,且相关约束自动指向近似轻子数对称参数区。
2023-11-03 astro-ph.CO hep-ph
Freeze-in gravitational waves and dark matter in warm inflation
Sun Yat-sen University (Zhuhai Campus)(中山大学(珠海校区))
本文研究温暖膨胀中冻结过程产生的引力波谱及暗物质生成,比较不同耗散项对高频引力波信号的影响,揭示谱行为差异,为探索膨胀与暗物质模型提供途径。
2026-03-17 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational wave signals of dark matter freeze-out
我们研究了由宇宙学一级相变触发的暗物质突然冻结所产生的引力波随机背景,该相变赋予了暗物质质量。我们考虑的模型,产生测量的暗物质遗迹丰度通过(1)气泡过滤,和(2)膨胀和再加热,并表明这些机制的引力波是可检测的未来的干涉仪。
2020-12-22 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Freeze-in of WIMP dark matter
本文提出了一种新的暗物质场景,其中弱相互作用大质量粒子(WIMPs)可以通过早期宇宙中的一阶相变(FOPT)实现冻入,即使其相互作用并不微弱,这为冻入机制提供了新方向并扩展了WIMP暗物质的范畴。
2023-09-14 astro-ph.CO hep-ph
Dynamic Freeze-In: Impact of Thermal Masses and Cosmological Phase Transitions on Dark Matter Production
暗物质的宇宙学丰度会受到粒子质量和真空期望值的温度依赖性的显著影响。我们用三个简单的冻结模型来说明这一点。第一个,我们称之为运动学诱导冻结,是基于观察到的标量的有效质量暂时变得非常小的标量势进行二阶相变。这打开了暗物质的生产渠道,否则是禁止的。我们考虑的第二个模型,被称为vev诱导冻结,是一个费米子希格斯门场景。与标准模型相比,它的标量扇区增加了一个额外的标量单线态$S$,它耦合到暗物质并暂时获得真空期望值(两步相变或“vev触发器”)。而$\langle S \rangle \neq 0$,在标量部门的修改后的耦合结构意味着,暗物质生产显着增强相比,$\langle S \rangle = 0$阶段实现在非常早期的时间,并再次今天。第三个模型,我们称之为混合诱导冻结,在精神上是相似的,但在这里,它是由非零$\langle S \rangle$诱导的暗扇区费米子的混合,暂时提高了暗物质的生产率。对于这三种情况,我们仔细剖析了早期宇宙中暗区的演化。我们将DM遗迹丰度计算为模型参数的函数,强调热校正和计算中正确处理相变的重要性。
2018-03-12 astro-ph.CO hep-ph
UltraViolet Freeze-in
如果暗物质与可见光区热分离,那么观测到的遗迹密度可能通过暗物质的冻结产生来获得。通常在这样的模型中,假设暗物质通过微弱的可重整相互作用与热浴相连。在这里,相反,我们考虑的情况下,隐藏和可见的部门只通过不可重正化的运营商耦合。这可以说是暗物质冻结场景的一个更一般的实现,因为它不需要引入小型的可重正化耦合。我们检查冻结的一般方面,通过非renormalisable运营商在一些玩具模型和超越标准模型物理的背景下,提出了几个有动机的实现。具体地说,我们研究了与Peccei-Quinn机制和Z'门户相关的模型。
2015-11-23 astro-ph.CO hep-ph
Comment on the "Freeze-In" mechanism of dark matter production
我们指出了一个较早的实施“冻结”机制的生产非常弱的相互作用暗物质。我们还澄清了0911.1120中关于这篇早期论文的脚注。
2011-12-07 hep-ph
Bound-state effects on dark matter coannihilation: Pushing the boundaries of conversion-driven freeze-out
束缚态的形成对早期宇宙中暗物质冻结的动力学有很大的影响,特别是对于有色的共零化子。我们提出了一个一般的形式主义,包括任意数量的激发束缚态的有效湮没截面,考虑到束缚态的形成,衰变和过渡,并推导出解析近似的限制情况下,没有或有效的过渡。此外,我们提供了明确的表达式辐射束缚态的形成率的状态与任意的主量子数和角量子数$n,\ell$的介质中的基本表示的$SU(3)_c$,以及它们之间的电磁跃迁率在库仑近似。然后,我们评估的束缚态的影响与马约拉纳暗物质和彩色标量$t$通道介质的模型。我们认为制度的共湮灭以及转换驱动的冻结(或共散射),其中的遗迹丰度是由冻结的转换过程。我们发现,后者发生的参数空间中的区域是相当大的增强到多TeV政权。对于转换驱动的冻结,暗物质是非常弱的耦合,逃避直接和间接的检测限制,但导致长寿命粒子的显着签名,提供了巨大的前景,在即将到来的大型强子对撞机运行的专门搜索探测。
2022-03-24 astro-ph.CO hep-ph
Baryogenesis and Dark Matter from Freeze-In
我们提出了一个简单的模型,其中重子不对称性和暗物质是通过QCD三重态标量的衰变和逆衰变产生的,其中至少有一个必须在TeV质量范围内。在这些衰变中产生的单线态费米子构成了暗物质。单态永远不会达到平衡,它们的相干产生、传播和湮灭产生了重子不对称性。我们发现,平衡条件和暗物质密度约束通常需要最轻的标量是长寿的,在当前和即将到来的对撞机检测或排除的良好前景。在推广Akhmedov,Rubakov和Smirnov的leptogenesis机制,我们的模型扩展了低尺度重子生成的唯象可能性。
2020-04-08 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
Freeze-in Axion-like Dark Matter
我们提出了一个有趣的希格斯门模型,其中类轴子粒子(ALP)耦合到标准模型部门只有通过希格斯场。ALP由于CP不变性而变得稳定,并且被证明是冻结暗物质的天然候选者,因为它的性质由微扰ALP移位对称性控制。门耦合可以由隐藏的限制规范扇区非微扰地产生,也可以由在ALP位移对称下带电的新轻子辐射地产生。这样的紫外线完成通常涉及CP破坏阶段,这使得ALP不稳定并通过与希格斯玻色子混合而衰变,但可以通过调用额外的对称性以自然的方式充分抑制。
2019-10-29 astro-ph.CO hep-ph
Lower Mass Bounds on FIMP Dark Matter Produced via Freeze-In
弱相互作用大质量粒子(FIMPs)是暗物质的候选者,在早期宇宙中从未热化,其产生是通过热浴粒子的衰变和/或散射发生的。如果FIMPs与热浴的相互作用是可重正化的(称为冻结的情况),则生产在浴颗粒质量周围的温度下最有效,并且在高温下对未知物理不敏感。工作在一个模型独立的方式,我们考虑三种不同的生产机制:两体衰变,三体衰变,和二元碰撞。我们计算了FIMP的相空间分布和物质功率谱,并研究了小尺度下宇宙结构的抑制。我们的结果是较低的界限上的FIMP质量。最后,我们研究如何在FIMPs提供次主导暗物质成分的情况下放宽这些限制。
2021-10-14 astro-ph.CO hep-ph
Light Axinos from Freeze-in: production processes, phase space distributions, and Ly-$α$ forest constraints
在超对称Dine-Fischler-Srednicki-Zhitnitsky(DFSZ)模型中考虑了3.5 keV线过剩下7 keV轴子暗物质(DM)的冻结产生.这种7千电子伏DM产生的热浴,在一般情况下,出现在张力与Ly- $α$森林数据,虽然直接比较是不直接的。这是因为Ly- $α$森林约束通常是在常规暖暗物质(WDM)的质量上报告的,其中隐含地假设在WDM粒子解耦后的热浴中发生大的熵产生。冻结在axino DM的相空间分布变化取决于生产过程和axino DM可以缓解紧张的Ly- $α$森林约束。通过求解玻尔兹曼方程,我们首先得到了两体衰变、三体衰变和2对2散射产生的轴子的相空间分布。减少碰撞项和由此产生的相空间分布是有用的研究其他冻结的情况。然后,我们计算得到的线性物质的功率谱,这样的axino DM和直接比较,与传统的WDM的线性物质的功率谱。为了证明现实的axino DM生产,我们考虑与希格斯诺次轻超对称粒子(NLSP)和维诺NLSP的基准点。在Higgsino NLSP情况下,轴子的相空间分布比传统WDM情况下的要冷,因此可以利用超对称DFSZ轴子模型中的弱熵产生来避开最严格的Ly- $α$森林约束.
2020-06-01 astro-ph.CO hep-ph
Exchange driven freeze out of dark matter
我们介绍了一种新的机制,在该机制中,保持暗扇区的数密度的过程设置了热粒子暗物质的遗迹密度。在一个相对退化的多组分暗扇区中,如果在各种物质冻结之间有相当长的时间间隔,那么暗扇区成分之间的交换过程就可以发挥推动冻结和设置暗物质遗迹密度的关键作用。作为一个原则的证明,我们提出了简单的标量模型与可行的暗物质在GeV尺度来证明这一现象。
2020-05-16 hep-ph
Acoustically driven dark matter freeze-out
该研究将密度扰动效应研究拓展至热暗物质退耦场景,发现特定尺度原初曲率扰动下截面需提升约10%匹配遗迹丰度,该修正在相关观测信号敏感的场景中具有重要意义。
2025-06-13 astro-ph.CO gr-qc 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
Dirac Neutrino Mass Matrix and its Link to Freeze-in Dark Matter
利用一种允许自然小狄拉克中微子质量的机制及其与暗规范$U(1)_D$对称性的联系,从$S_3$导出了一个真实的狄拉克中微子质量矩阵.暗区自然包含一个具有小的跷跷板质量的费米子单线态。因此,它是一个很好的候选者冻结在暗物质从衰变的$U(1)_D$希格斯玻色子玻色子。
2021-02-09 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
Multipolar Dark Matter Freeze-out in an Early Matter-Dominated Universe
Indian Institute of Science(印度科学研究所);Tata Institute of Fundamental Research(塔塔基础研究所)
研究早期物质主导宇宙中费米子暗物质通过高维电磁算符与标准模型相互作用的冻结,考虑多种相互作用并计算耦合,对比参数空间与标准场景及当前约束,发现熵稀释使可行参数空间变化,凸显早期宇宙学历史对暗物质现象学和实验可行性的影响。
2026-07-10 astro-ph.CO hep-ph
Freeze-in Dark Matter Perturbations are Adiabatic
我们表明,冻结机制所产生的大尺度扰动的暗物质的绝热性质。冻结机制与当前对等曲率扰动的严格约束并不矛盾。
2022-11-16 gr-qc hep-ph
Making dark matter out of light: freeze-in from plasma effects
在标准模型中,暗物质可以通过光矢量介质与粒子耦合。在小耦合的限制下,该门户可以负责通过称为冻结的机制产生所观察到的DM丰度。此外,必要的DM-SM耦合提供了一个具体的基准直接和间接搜索DM。在本文中,我们提出了更新的计算的遗物丰富的DM产生的冻结通过光矢量调解。我们确定了一个额外的生产渠道:光子的衰变,获得介质中的等离子体质量。这些等离子体衰变是亚MeV DM质量的DM产生的主要通道,并且包括该通道导致DM搜索的预测信号强度的显著降低。考虑到SM费米子的等离子体衰变和湮灭的产生,DM获得了一个高度非热的相空间分布,这在以后的时间里会影响宇宙学;这些宇宙学效应将在一篇配套论文中进行探讨。
2019-02-22 astro-ph.CO hep-ph
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
Plasma Effects Suppress Mixing-Induced Collisional Freeze-In
Marietta Blau Institute for Particle Physics, Austrian Academy of Sciences(奥地利科学院玛丽亚·布劳粒子物理研究所);University of Vienna, Faculty of Physics(维也纳大学物理学院)
本文利用Kadanoff-Baym方程证明等离子体效应同样抑制碰撞冻结入,以等离子体修正混合角替代真空混合角,并据此排除惰性中微子作为keV-MeV质量范围暗物质的可能性。
2026-09-25 astro-ph.CO hep-ph