Resonantly-Produced 7 keV Sterile Neutrino Dark Matter Models and the Properties of Milky Way Satellites
通过共振Shi-Fuller机制产生的无菌中微子可以说是最简单的模型，用于解释最近朝向一些包含暗物质的物体的未识别X射线线的暗物质起源。在这里，我计算出在这个机制中产生信号所需的确切参数。这些模型预测的小尺度结构的抑制与本星系群和高$z$星系数约束是一致的。非常重要的是，这些模型中产生完整的暗物质密度所需的参数满足了先前确定的要求，成功地匹配了银河系的总卫星丰度，卫星的径向分布和质量密度轮廓，或“太大而不能失败"的问题。“我还讨论了如何进一步精确测定候选无菌中微子暗物质的详细性质，可以探测夸克-强子跃迁的性质，这发生在暗物质生产过程中。
2014-03-31 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Induced resonance makes light sterile neutrino Dark Matter cool
我们描述了由质量为${\cal O}(1)$ keV的无菌中微子组成的暗物质的两种新产生机制。该模型包含一个光标量场，它在早期宇宙中相干振荡，并调制不育中微子的马约拉纳质量。在模型参数空间的一个区域内，活跃中微子和惰性中微子之间的振荡被共振增强。这种机制使我们能够产生与活跃中微子具有小混合角的不育中微子DM，从而避开X射线的限制。与此同时，所产生的DM的光谱比等离子体中的普通振荡的情况下冷得多，从而打开了较低质量DM的窗口，否则这将被结构形成考虑所禁止。在模型参数空间的其他区域，共振不出现，另一种机制可以运作：大的场抑制活性-无菌振荡，但当有效费米子质量过零时，振荡的标量场产生无菌中微子。在这种情况下，DM组件是冷的，甚至1 keV的中微子是符合宇宙结构的形成。
2019-04-21 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Anticipating the XRISM search for the decay of resonantly produced sterile neutrino dark matter
本文探讨了质量为7.1keV的惰性中微子暗物质候选者，通过对比现有X射线观测与结构形成约束，指出其面临最强约束被排除，但乐观解读仍给出特定参数，并强调未来12个月内利用XRISM在室女座星系团探测X射线线是验证该候选者的最佳机会。
2023-08-03 astro-ph.CO hep-ph
KeV Warm Dark Matter and Composite Neutrinos
基本keV惰性狄拉克中微子可以是复合中微子方案的天然成分。对于某种复合中微子理论，这些惰性中微子自然具有适当的混合角，可以共振产生温暖的暗物质（WDM）。或者，我们表明，这些不育中微子可以WDM产生的熵稀释热冻结出，与必要的熵产生所产生的不平衡衰变，而是从复合中微子部门的限制，提供了足够的过冷。
2012-09-25 astro-ph.CO hep-ph
Constraining sterile neutrino dark matter by phase-space density observations
我们应用相空间密度的考虑，以获得更低的界限上的质量的不育中微子作为暗物质的候选人。对于非共振产生、轻子不对称性存在下的共振产生和较重粒子衰变中的产生，边界是不同的。在前一种情况下，我们的束缚与莱曼α束缚相当，但与莱曼α束缚无关，并且与X射线上限一起，它不利于非共振产生的无菌中微子暗物质。后一种情况的一个有趣的特征是，温暖的暗物质可能由重粒子组成。
2008-12-08 astro-ph hep-ph
Structure formation in a mixed dark matter model with decaying sterile neutrino: the 3.5 keV X-ray line and the Galactic substructure
我们在一个混合暗物质（MDM）模型中进行了一系列结构形成的宇宙学模拟。我们的模型是由最近发现的$3.5\,{\rm keV}$ X射线线，这可以解释为非共振产生的无菌中微子占$20$ - $60\%$的暗物质在宇宙中的衰变。这些非共振产生的无菌中微子具有相当大的自由流长度，因此有效地表现为温暖的暗物质（WDM）。假设其余的暗物质是由一些冷的暗物质（CDM）粒子，我们遵循一个混合WDM加CDM宇宙学的共同演化。具体来说，我们考虑的模型与温暖的成分分数的$r_{\rm warm}=0.25$和$0.50$。我们的MDM模型预测在物质辐射相等时的同动Jeans长度接近于粒子质量为$m_{\rm WDM}=2.4\,{\rm keV}$的热产生暖暗物质模型，但在涨落功率谱上的抑制较弱。我们进行了大的$N$体模拟研究MDM模型中的非线性暗晕的结构。在MDM模型中，子结构的丰富程度显著降低，因此所谓的小规模危机得到缓解。MDM模型中至少一个晕的累积最大圆速度函数（CVF）与银河系和仙女座星系中观测卫星的CVF吻合得很好。我们认为，MDM模型打开了一个有趣的可能性，以调和报告的$3.5\,{\rm keV}$线和星系的内部结构。
2015-12-25 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological constraints on a light non-thermal sterile neutrino
虽然MiniBooNE实验已经严重限制了轻不育中微子的可能存在，但在振荡数据中仍然存在一些异常，并且额外的轻物质作为次主导热（或暖）成分的可能性仍然很有趣。在许多模型中，这种物质在早期宇宙中处于热平衡状态，与活跃的中微子具有相同的温度，但事实并非如此。在这项工作中，我们拟合了最新的宇宙学数据与扩展的LambdaCDM模型，包括轻文物的质量通常在0.1 - 10 eV的范围内。首先，我们提供了一些几乎与模型无关的约束，其电流密度和速度色散，第二，一些约束，其质量，假设它们包括在早期去耦热遗迹，或在非共振产生的不育中微子。我们的结果可以用来约束大多数粒子物理动机的模型与三个活跃的中微子和一个额外的轻物种。例如，我们发现，在3 σ置信水平下，质量m_s = 2 eV的无菌中微子，只要它是热分布的（T_s/T_nu）< 0.8，或非共振产生的（Delta N_eff）< 0.5，就可以用数据来容纳。当质量增加时，边界变得非常紧。当m_s <0.9eV时，在相同的置信水平下，该数据与标准热化中微子的数据是一致的。
2008-12-12 astro-ph hep-ph
Revisiting cosmological bounds on sterile neutrinos
我们采用最先进的宇宙学观测，包括超新星调查和BAO信息提供的非共振产生的不育中微子物种的质量和混合角的约束，表明宇宙学可以有效地排除不育中微子衰变之间的BBN和今天。额外的重中微子物质的退耦可以改变宇宙在BBN和复合之间膨胀的时间依赖性，在极端情况下，会导致额外的物质主导时期;虽然这可能会天真地导致一个更年轻的宇宙，具有更大的哈勃参数，但它可以在以后通过来自无菌衰变的中微子形式的额外辐射来补偿。然而，复合时代的可观测量，包括宇宙微波背景（CMB），位移参数$R_{CMB}$和声音视界$r_s$从重子声学振荡（BAO）严重限制了这种情况。我们自洽地包括完整的时间演化的耦合无菌中微子和标准模型部门的MCMC，表明，如果衰变发生后BBN，无菌中微子基本上是由约束$\sin^2θ\lesssim 0.026 (m_s/\mathrm{eV})^{-2}$。
2015-02-19 astro-ph.CO hep-ph
Space-time evolution of heavy sterile neutrinos in cascade decays
类不育重中微子可以从赝标介子衰变中共振产生，并且可以在级联$Φ\rightarrow L^αν_h;ν_h\rightarrow \{X\}$中衰变到几个不同的通道中。一般来说，这些都是罕见的事件与位移的顶点。我们提供了一个非微扰和明显的统一框架，描述了级联衰变，并产生时空演化的概率为不育中微子，最终状态和事件的总数在远探测器。所得结果具有普遍性，对Dirac和Majorana中微子都有效，并且只输入了产生和衰变通道的总衰变率和分支比。我们将一般结果应用于两个“可见”衰变的例子：i）通过标准模型带电电流顶点的$K^+\rightarrow e^+ ν_h\rightarrow (e^+) e^+ e^- ν_e$和ii）辐射衰变$K^+\rightarrow μ^+ ν_h \rightarrow (μ^+) ν_a γ$。对于后者的级联过程中，我们发现大量的修正参数空间内的先前的评估认为，以解决在MiniBooNE的电子类事件的异常过剩。这些大的修正可能有助于缓解最近的实验边界上的重无菌中微子的辐射衰变的紧张局势。
2014-08-25 hep-ex hep-ph
Displaced Vertex signatures of a pseudo-Goldstone sterile neutrino
中微子质量产生的低尺度模型通常以质量在GeV-TeV范围内的无菌中微子为特征，这些中微子可以通过与标准模型中微子混合在对撞机上产生。我们考虑了另一种情况，其中不育中微子产生于较重粒子的衰变中，使得其产生截面不依赖于活性-不育中微子混合角。混合角可以通过无菌中微子的衰变来获得，只要它们导致可观察到的位移顶点。我们提出了一个明确的实现这种情况下，不育中微子是一个伪南布-戈德斯通玻色子的超对称合作伙伴，并产生在衰变的希格西诺类neutralino和charginos。该模型用少量参数预测了活跃-惰性中微子的混合角。我们表明，一个无菌中微子的质量在几个10 GeV和200 GeV之间可以导致可观察到的位移顶点在大型强子对撞机，并概述了实验重建其混合角的策略。
2021-02-04 hep-ex hep-ph
Sterile Neutrino Dark Matter
我们审查不育中微子作为可能的暗物质候选人。本文在简要介绍中微子在宇宙学和粒子物理中的作用后，综述了无菌中微子暗物质的研究现状。首先，我们讨论的动机和限制，通过天体物理观测。其次，我们回顾了在早期宇宙中如何产生无菌中微子暗物质的不同机制。最后，我们概述了选择未来的实验室寻找千电子伏级的不育中微子，突出他们的实验挑战和发现潜力。
2018-10-26 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
A lower bound on the mass of Dark Matter particles
通过对矮球状星系中暗物质相空间分布的分析，讨论了暗物质粒子质量的边界。在回顾了现有的方法，我们选择了两种方法来推导这样的界限。第一种方法仅依赖于DM粒子当前相空间分布的信息，而第二种方法同时使用初始和最终分布。我们讨论了最近的数据dSphs以及相关参数的天文不确定性。作为一个应用程序，我们提出了较低的边界上的DM粒子的质量，来自不同的dSphs，使用这两种方法。模型无关的约束适用于任何类型的费米子DM。更强的，依赖于模型的界限引用了几个DM模型（热遗迹，非共振和共振产生的不育中微子等）。后者的界限依赖于重子反馈不能显着增加DM粒子的分布函数的最大值的假设。对于所有DM都是由通过与活跃中微子（NRP）的非共振混合产生的无菌中微子组成的情况，这给出了m_nrp > 1.7 keV。将这些结果以最保守的形式与DM衰变线的X射线边界相结合，我们得出结论，NRP方案仅在非常窄的参数窗口中是允许的。该结论与Lyman-alpha分析的结果无关。在DM模型中，在轻子不对称性的存在下共振产生无菌中微子仍然是可行的。在标准模型的最小中微子扩展（nuMSM）中，DM不育中微子的质量和混合角都是上下有界的，这为实验研究提供了可能性。
2009-03-03 astro-ph hep-ph
Sterile neutrino production at small mixing in the early universe
在早期宇宙中，惰性中微子可以通过与活跃中微子的相互作用产生。对于小的活性-无菌混合角，与标准模型等离子体的热平衡没有达到，无菌中微子只能通过味振荡产生。我们详细研究了这一制度，考虑到物质的潜力和退相干效应所造成的弹性散射与等离子体。我们发现，共振振荡发生在温度$T\lesssim 10\,\mathrm{GeV}$导致一个显着的增强无菌中微子的生产率。考虑到这一点，我们改进了对大爆炸核合成和宇宙微波背景的活性-无菌混合的约束，排除了对于$10\,\mathrm{MeV}$至$10\,\mathrm{GeV}$范围内的无菌中微子质量的混合角降至$θ_s\sim 10^{-10}-10^{-16}$。我们观察到，如果不育中微子主要衰变成亚稳的隐藏扇区粒子，这个过程提供了一个新的暗物质生产机制，符合不育中微子轻中微子质量的起源通过跷跷板机制。
2022-04-08 astro-ph.CO hep-ph
Sterile neutrinos produced near the EW scale I: mixing angles, MSW resonances and production rates
我们研究了在区域$T\sim M_W$中产生不育中微子的扩展超出了标准模型的跷跷板质量矩阵起源于汤川耦合到类希格斯标量的质量和VEV的顺序的电弱标度。无菌中微子是由标量和标准模型矢量玻色子衰变产生的。从标准模型和超越标准模型的自能出发，得到了介质的折射率、色散关系、混合角和产生率，包括右手无菌中微子的产生率。对于$1 \lesssim M_W/T \lesssim 3$，我们发现窄MSW共振与$k \lesssim T$的左手和右手的中微子，即使在（活跃）中微子部门的轻子不对称的情况下，以及非常低的能量（$k/T \ll |ξ|$）窄MSW共振轻子不对称的存在下，从WMAP和BBN的边界一致。对于小的真空混合角，与观测范围一致，自能的吸收部分导致非常接近共振的强阻尼区，导致传播模式的\emph{exact}简并性，伴随着绝热性的崩溃。我们认为，宇宙膨胀席卷共振，\emph{resonant and non-resonant}无菌中微子生产的结果在一个高度\emph{non-thermal}分布函数增强在小动量$k < T$，在小尺度上的自由流长度和传递函数的潜在重要后果。
2009-11-18 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Implications of Light Sterile Neutrinos produced after the QCD Phase Transition
我们研究了在没有轻子不对称性的情况下，在QCD相变后不久，在早期宇宙中$π\rightarrow l ν_s$产生无菌中微子的过程，同时包括对$π\rightarrow l ν_s$质量和衰变常数$f_π$的有限温度修正。通过这种机制产生的质量为$\lesssim 1 MeV$的无菌中微子在$T_f \simeq 10 MeV$冻结，其分布函数是高度非热的，并且在低动量时具有急剧增强的特征，从而使这种物质\emph{cold}即使对于非常轻的质量也是如此。暗物质丰度的CMB和相空间密度的限制，从最暗物质为主的矮椭球星系的约束提供了上界和下界分别组合的质量和混合角。对于$π\rightarrow μν_s$，边界导致与$3.55 \mathrm{KeV}$系列最新结果的兼容性区域较窄。非热分布函数导致自由流长度（今天）的范围内的$\sim \mbox{few kpc}$一致的矮星系的核心观察。对于由该反应产生的质量为$\lesssim 1 eV$的无菌中微子，最近的加速器和天体物理界对$U_{ls}$的非热分布函数相结合，表明这些无菌中微子对$N_{eff}$的贡献很大。
2015-02-05 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Quasi-Sterile Neutrinos from Dark Sectors I. BSM matter effects in neutrino oscillations and the short-baseline anomalies
准无菌中微子是暗扇区通过中微子和矢量入口与标准模型（SM）扇区相互作用的自然结果。本质上，准无菌中微子是亮暗扇区费米子，具有两个一般性质：（i）它们与SM的活性中微子混合，（ii）它们在与SM物质弱耦合的矢量介体下带电。这类粒子产生了各种有趣的现象学结果。在这篇文章中，我们调查这样一个后果：新的，超越SM物质的影响，可以改变介质中的中微子振荡。特别是，对于能量和物质密度的特殊窗口，活性中微子可以共振振荡成无菌中微子。我们利用这一特点来建立一个准无菌中微子模型，可以解释MiniBooNE和LSND异常，同时保持与长基线反应堆和加速器为基础的中微子实验的观测兼容。该模型也可能与MicroBooNE合作报告的最新结果兼容（尽管由于迄今为止MicroBooNE的公开数据发布中缺乏信息，我们无法精确量化这一说法）。太阳中微子和$ν_e$消失搜索的影响也进行了简要讨论。
2022-08-04 hep-ex hep-ph
Realistic sterile neutrino dark matter with keV mass does not contradict cosmological bounds
以前的无菌中微子暗物质模型与宇宙学数据的拟合假设了一种特殊的产生机制，这并不代表当前中微子振荡数据中最有动机的粒子物理模型。这些分析排除了小于8-10 keV的无菌中微子质量。在这里，我们专注于共振产生的无菌中微子。我们表明，它们的宇宙学签名可以近似的混合冷加暖暗物质（CWDM）。我们使用最近的结果LambdaCWDM模型表明，对于每个质量大于或等于2 keV，至少存在一个模型的不育中微子占的全部暗物质，并符合莱曼α和其他宇宙学数据。共振产生发生在nuMSM（标准模型的三个右手中微子的扩展）的框架内。我们检查允许的模型对应于与中微子振荡数据、重子生成和所有其他暗物质边界一致的参数值。
2008-12-17 astro-ph hep-ph
Nearly degenerate heavy sterile neutrinos in cascade decay: mixing and oscillations
一些超越标准模型的扩展提出了近简并的重无菌中微子的存在。如果运动学允许，它们可以共振地产生并级联衰减到共同的最终状态。共同的衰变通道导致了重无菌中微子态的混合和干涉效应。我们实施非微扰的方法来研究级联衰变到共同的最终状态，其特点的相似性，但也值得注意的中性介子混合的情况下的差异的动态。我们发现，近简并的不育中微子之间的混合和振荡，可以检测到\emph{quantum beats}在其衰变产生的末态分布。这些振荡可能是重的惰性中微子混合的信号。我们详细研究了赝标介子衰变中产生的两个近简并的不育中微子衰变到一个纯轻子的“可见”通道：$ν_h \rightarrow e^+ e^- ν_a$。讨论了中微子有效数$N_{eff}$的宇宙学意义。
2014-11-20 hep-ph hep-th
Pseudo-Dirac Sterile Neutrino Dark Matter
不育中微子是一种很有希望的暗物质候选者。然而，这种情况下的参数空间几乎已被排除的X射线观测结果时，无菌中微子是唯一产生的Dodelson-Widrow（DW）机制在早期宇宙。在这封信中，我们提出了一个扩展的最小不育中微子DM模型，通过引入伪Dirac不育中微子，这意味着存在两个近简并的Majorana态$\hat N_{1,2}^{}$，和一个置换对称性。重态$\hat N_1$是通过DW机制产生的，而作为DM的轻态$\hat N_2$是由早期宇宙中$\hat N_1$的衰变产生的。置换对称性避免了X射线的约束，阻止了DM衰变为活性中微子和光子。这种情况的一个有希望的信号是中微子种类的有效数量，这将在未来的实验中进行精确测量，例如宇宙微波背景辐射第四阶段。我们进一步研究了这个模型对宇宙学参数的影响。对Planck + BAO+R19数据的马尔可夫链蒙特卡罗分析给出了$H_0=69.2_{-0.59}^{+0.58}$，这可能缓解哈勃的紧张。
2021-12-29 astro-ph.CO hep-ph
Sterile neutrino decay as a common origin for LSND/MiniBooNe and T2K excess events
我们指出，最近由T2K合作组观测到的类电子中微子事件的过剩可能与LSND和MiniBooNE实验所报道的类似过剩事件有共同的起源，并被解释为μ中微子中性流（NC）相互作用中产生的质量约为50 MeV的无菌中微子ν_h的辐射衰变信号.本文假设τ中微子NC反应也能产生ν_h。
2012-02-28 hep-ex hep-ph
Discovering intermediate mass sterile neutrinos through $τ^- \to π^- μ^- e^+ ν$ (or $\barν$) decay
区分中微子的狄拉克性质和马约拉纳性质一直是中微子物理的重要任务之一。通过假设$τ^- \to π^- μ^- e^+ ν$（或$\barν$）衰变是共振增强的交换一个中等质量的无菌中微子$N$，我们表明，发射的π介子和μ子的能谱可以用来区分狄拉克和马约拉纳性质的$N$。这种方法利用了这样一个事实，即在所考虑的τ衰变中没有识别出轻中微子的味道。我们发现，这是特别有利的，因为没有竞争的背景事件，在质量范围$m_e + m_μ \leqslant m_N \leqslant m_μ + m_π$，其中$m_X$表示粒子$X \in \{ e, μ, π, N \}$的质量搜索$N$。
2017-09-24 hep-ph
Can Neutrino Self-interactions Save Sterile Neutrino Dark Matter?
本文检验活性中微子自相互作用产生的惰性中微子暗物质与小尺度结构的一致性，给出质量下限37 keV，并排除重介体强耦合产生全部暗物质，但允许轻介体方案。
2023-11-15 astro-ph.CO hep-ph
Dark matter decay in the Milky Way halo
本研究通过计算X射线谱线强度分布，探讨银河系晕中暗物质（特别是共振产生的惰性中微子）的衰变，结合多种观测约束确定了混合角参数和粒子寿命范围，并对XRISM卫星的探测通量做出预测。
2024-01-10 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Electron events from the scattering with solar neutrinos in the search of keV scale sterile neutrino dark matter
在以前的工作中，我们表明，keV规模的不育中微子暗物质$ν_s$是可能的$β$衰变实验中使用的放射性源，如$^3$ T或$^{106}$ Ru的检测。这个暗物质候选者的信号是中微子捕获过程$ν_s + N' \to N +e^-$中产生的单能电子。这些电子的能量大于相关衰变过程$N' \to N +e^- + {\bar ν}_e$中产生的电子的最大能量。因此，信号电子事件远超过$β$衰变谱的终点，并且不被$β$衰变过程污染。另一个可能的背景是太阳中微子与目标物质中的电子散射产生的电子事件，这对探测$ν_s$暗物质是一个潜在的威胁。在这篇文章中，我们详细研究了这种可能的背景，并讨论了它的含义，以检测千电子伏规模的不育中微子暗物质。特别地，在散射过程中，当最终电子的动能与结合能为同一数量级时，考虑了Ru原子中电子的束缚态特征.
2013-11-24 hep-ex hep-ph
Origin of Sterile Neutrino Dark Matter via Vector Secret Neutrino Interactions
秘密的中微子相互作用在暗物质的起源中起着至关重要的作用。我们提出了一个解剖的无菌中微子暗物质，keV尺度的规范单态费米子，与活跃的中微子混合的生产机制，在一个新的矢量玻色子介导的秘密活跃的中微子之间的相互作用。我们确定了三个制度的矢量玻色子的质量和耦合，使不同的影响暗物质生产通过色散关系和/或散射率。我们还分析了具有类似暗物质宇宙学但不同矢量玻色子现象学的规范$L_μ-L_τ$和$B-L$数的模型。我们推导出这些模型中的参数空间，其中所观察到的遗迹丰度产生的不育中微子暗物质。它们是即将进行的实验性搜索的目标。
2021-01-22 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Sterile neutrino dark matter with dipole interaction
我们考虑了最轻的不育中微子暗物质与较重的不育中微子有偶极相互作用的可能性。在不违反其他约束的情况下，它的寿命可以足够长，成为暗物质的候选者，并且可以在早期宇宙中产生正确数量的遗迹丰度。我们发现，质量约为MeV的不育中微子和$Λ_5 \gtrsim 10^{15}$ GeV抑制的5维不可重整偶极相互作用可以作为暗物质的候选者，而质量为GeV量级的更重的不育中微子可以解释活跃的中微子振荡.
2022-01-14 astro-ph.CO hep-ph
Sterile Neutrino Dark Matter Cries for GeV Heavy Neutral Leptons
Université catholique de Louvain（天主教鲁汶大学）；Technische Universität München（慕尼黑工业大学）；University of Tokyo（东京大学）；University of Zagreb（萨格勒布大学）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；University of Copenhagen（哥本哈根大学）
该研究通过首次完整参数扫描中微子最小标准模型，发现重中性轻子可在受限参数空间内统一解释中微子质量、重子不对称和暗物质，且质量可被SHiP、LHC等实验探测。
2026-09-24 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Cosmological and Astrophysical Implications of Sterile Neutrinos
中微子质量的发现意味着新粒子的存在，即不育中微子。这些粒子可能对宇宙学和天体物理学有重要意义。一个质量只有几千电子伏的无菌中微子可以解释宇宙中的暗物质。它的遗迹丰富可以通过不同的机制产生。标准模型的希格斯部分的最小扩展，与规范单态玻色子耦合到不育中微子，可以为中微子质量理论提供一致的框架，并可以通过单态希格斯衰变产生残余keV的不育中微子。这种机制在电弱尺度下起作用，并对电弱相变产生有趣的结果。由此产生的暗物质比通过振荡产生的暗物质“更冷”。这种性质改变了小尺度结构形成的限制。更重的惰性中微子可以在超新星核心产生，并影响恒星的热演化。由于寿命短，它们在包层内衰变，促进了能量从核心到超新星激波附近的传输。这增加了成功爆炸的可能性。
2009-06-22 hep-ph
Neutrino Fluxes from a Core-Collapse Supernova in a Model with Three Sterile Neutrinos
本文用数值方法计算了一颗超新星的引力坍缩特征及其质子中子核形成过程中产生的活动中微子和惰性中微子的通量。在不同的输入参数和初始条件下，计算了不同中子化程度的核物质中活动中微子和不育中微子的相对产额。在超致密核物质中，中子化共振度下产生的无菌中微子的比例显著增加已被证实。不育中微子对坍缩动力学和坍缩过程中产生的中微子总通量的贡献相对较小。无菌中微子的总光度比电子中微子的光度低得多，但它们的光谱在高能量下要硬得多。
2017-01-16 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
Sterile neutrino dark matter production in presence of non-standard neutrino self-interactions: an EFT approach
质量达到千电子伏的惰性中微子是暖暗物质的热门候选者。在最简单的情况下，它们是通过与活跃中微子的振荡产生的。我们引入了活跃中微子的有效自相互作用，研究了有效自相互作用对惰性中微子质量和混合参数空间的影响。我们的重点是与电子中微子混合，这受到几个即将到来或正在进行的实验的限制，如TRISTAN，ECHO，BeEST和HUNTER。根据自相互作用的大小，参数空间会更接近或更远离未来实验可测试的参数空间。特别是，我们表明，猎人实验的第3阶段将测试更大量的参数空间中存在的自相互作用比没有它们。我们还研究了自相互作用对无菌中微子暗物质自由流长度的影响。
2021-12-24 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Using MiniBooNE NCEL and CCQE cross section results to constrain 3+1 sterile neutrino models
MiniBooNE NCEL和CCQE横截面测量（中微子运行）被用来设置限制在$Δm^{2}-\sin^{2}\vartheta_{μs}$平面的3+1无菌中微子模型与质量分裂$0.1 \leq Δm^{2} \leq 10.0$ eV $^{2}$。使用GENIE，相对论费米气体模型，与$E_ν$和测量的重建量。探讨了截面模型中的不确定性及其对无菌中微子极限的影响，并通过同时拟合无菌参数和轴质量截面参数得到了稳健的无菌中微子极限.
2014-12-01 hep-ex hep-ph
Constraining Sterile Neutrinos from Precision Higgs Data
我们使用大型强子对撞机希格斯数据，以获得更新的约束自然发生在许多低尺度的标准模型的跷跷板扩展的电弱规模的不育中微子来解释中微子的质量。我们还分析了一个新的最终状态的信号灵敏度，涉及一个单一的带电轻子和两个喷气机与丢失的能量，这是由于通过希格斯粒子和$W,Z$玻色子介导的过程中产生的无菌中微子衰变在LHC。未来的前景，这些无菌中微子信号在精确的希格斯测量，以及在未来的100 TeV对撞机，也进行了讨论。
2017-06-14 hep-ex hep-ph
Sterile neutrino dark matter from right-handed neutrino oscillations
我们研究了一种情况下，无菌中微子（无论是热或冷）暗物质（DM）的产生通过（非共振）振荡之间的右手中微子（RHN），可以构成整个DM在宇宙中，与传统的无菌中微子生产通过混合的左手中微子。最轻的RHN可能是与左手中微子的混合足够小的无菌中微子DM，而较重的RHN可能与左手中微子有不可忽略的混合，以通过跷跷板机制解释中微子质量。我们还表明，在我们的情况下，生产无菌RHN DM从一个较重的RHN的衰变是subdominant的RHN振荡生产相比，由于X射线和小尺度结构的限制。
2018-06-21 astro-ph.CO hep-ph
Long-lived Sterile Neutrinos at Belle II in Effective Field Theory
大量的$τ$轻子在贝尔II产生。这些可能会衰变成不育的中微子，在考虑的质量范围内，通常是长寿命的，导致位移顶点签名。本文研究了位移顶点搜索的无菌中微子扩展标准模型有效场论。无菌中微子的产生和衰变可以通过标准的活动-无菌中微子混合或有效拉格朗日中的高维算子来实现。我们进行蒙特卡罗模拟，以估计Belle II的敏感性，这样的相互作用。我们发现，Belle II可以探测到不可重正化的六维算子，涉及一个单一的无菌中微子高达几个TeV的新物理尺度。
2022-08-30 hep-ex hep-ph
New limits on radiative sterile neutrino decays from a search for single photons in neutrino interactions
最近的研究表明，LSND和MiniBooNE中微子实验观测到的过剩事件可以解释为类中性流相互作用产生的重无菌中微子ν_h的辐射衰变信号。如果存在ν_h，则它也是由来自CERN SPS的ν_μ束在中微子束线屏蔽中产生的。在NOMAD探测器的有源靶中，通过ν_h → νγ衰变，光子转换成e+e-对，可以观察到ν_h。ν_h也可以在位于NOMAD前面的CHORUS探测器的磁谱仪的铁中产生。考虑到这两个ν_h的来源，我们对ν_h的性质设置了新的约束，并利用NOMAD合作组最近报道的中微子反应中单光子产生的界限，排除了LSND/MiniBooNE ν_h参数空间的一部分。我们发现在未来的中微子实验中，参数空间中的宽带仍然是开放的，以便更灵敏地搜索ν_h。
2012-02-28 hep-ex hep-ph
Search for GeV-scale sterile neutrinos responsible for active neutrino oscillations and baryon asymmetry of the Universe
粒子物理的标准模型不能解释宇宙的中微子振荡、暗物质和重子不对称性。所有这些问题都可以通过在模型中加入三个无菌中微子来解决。非常值得注意的是，如果无菌中微子质量远低于电弱标度，这种修改--中微子最小标准模型（nuMSM）--可以通过实验进行验证。我们讨论了一个新的实验上寻找GeV尺度的不育中微子，这在nuMSM的框架负责的物质-反物质不对称性的产生和活跃的中微子质量的衰变。如果轻于2 GeV，这些粒子可以在质子束流收集实验的靶中由高能质子产生的粲介子衰变中产生，随后衰变为轻SM粒子。为了充分探索nuMSM的这一部分，新实验需要至少10^{20}个入射质子在目标上获得的数据（未来在CERN SPS可以实现），以及由大量相同的单个模块构建的大体积探测器，总的无菌中微子衰变长度为几公里。初步可行性研究表明，该实验具有灵敏度，可能导致发现费米尺度以下的新粒子-中微子的右手伙伴-或排除质量低于2 GeV的跷跷板无菌中微子。
2013-01-23 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Long-lived sterile neutrinos from an axionlike particle at Belle II
本研究探讨了Belle II实验通过类轴子粒子衰变产生的长寿命无菌中微子，提出单/双位移顶点搜索策略，显著提升了对活性-无菌中微子混合参数的探测灵敏度，并具备重建粒子质量的能力。
2025-01-28 hep-ex hep-ph
Monte-Carlo sensitivity study for sterile neutrino search with $^{144}$Ce - $^{144}$Pr source and liquid scintillation detectors of various geometries
本文计算了大体积液体闪烁探测器反演$^{144}$ Ce -$^{144}$ Pr人工源产生的反中微子的$β$ -衰变的预期能谱。在GEANT4.10框架下用Monte-Carlo方法进行了计算，目的是寻找质量约为1 eV的中微子振荡到无菌本征态.分析了不同探测器形状对振荡参数的相对灵敏度。
2019-05-16 hep-ex hep-ph
Dark population transfer mechanism for sterile neutrino dark matter
本文提出一种暗粒子数转移机制：先由活性中微子退相干产生重惰性中微子，再通过自相互作用散射和衰变转移给更轻、混合更弱的惰性中微子，从而构成可规避现有约束但未来可探测的暗物质。
2024-02-21 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on sterile neutrino models from strong gravitational lensing, Milky Way satellites, and Lyman-$α$ forest
本研究利用强引力透镜类星体等天体物理观测，推导热遗迹温暗物质与不同机制产生的惰性中微子的质量对应关系，给出四类主流惰性中微子模型的质量下限约束，为非引力相互作用极弱的暗物质候选体探测提供了最严格的实验限制。
2023-07-18 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Possible Hints of Sterile Neutrinos in Recent Measurements of the Hubble Parameter
局部宇宙观测发现哈勃常数$H_0$的值大于从宇宙微波背景和其他早期宇宙测量推断的值，假设已知的物理和$Λ$ CDM宇宙学模型。我们表明，在大爆炸核合成之前，由质量为$m_s=$ O（10）MeV的不稳定无菌中微子产生的活性中微子中的额外辐射可以缓解这种差异。假设无菌中微子主要与$ν_τ$和/或$ν_μ$中微子混合，那么无菌中微子的必要质量和耦合就在超级神冈以及即将到来的实验室实验（如NA 62和DUNE）的范围之内。
2021-06-09 astro-ph.CO hep-ph
Thermalizing sterile neutrino dark matter
通过振荡产生的惰性中微子是一个很好的暗物质候选者，但最近的观测限制已经排除了大部分的参数空间。我们分析了新的相互作用对早期宇宙中keV无菌中微子暗物质演化的影响。基于一般的考虑，我们发现了一个机制，热化后的初始生产振荡的不育中微子。不育中微子的热化伴随着暗熵的产生，这增加了暗物质的产额，并导致较低的特征动量。这解决了结构形成和X射线观测之间日益增长的紧张关系，甚至恢复了简单的非共振产生作为产生无菌中微子暗物质的可行方法。我们调查的代表性模型中的热化机制的实现所需的参数，并发现一个简单的估计的基础上的能量和熵守恒描述的机制。
2018-01-10 astro-ph.CO hep-ph
Production of heavy sterile neutrinos from vector boson decay at electroweak temperatures
在扩展了质量矩阵的标准模型中，我们研究了$T\simeq M_{W,Z}$上矢量玻色子衰变产生无菌中微子的过程。本文导出了一个在较宽温度范围内有效的无菌中微子产生的一般量子动力学方程和它们的有效混合角，它适用于标准模型中所有的相互作用阶数，并适用于首阶混合角$θ\ll 1$。生产率和有效混合角敏感地依赖于螺旋度。正螺旋度态与介质的相互作用较弱，它们的有效混合角没有显着修改，而负螺旋度的混合角强烈抑制的介质。如果是$M_s \lesssim 8.35\,\mathrm{MeV}$，则产生的负螺旋度态比正螺旋度态少。在轻子不对称的情况下，存在MSW共振，但被阻尼率屏蔽，没有产生增强。负螺旋度态在$T^-_f\simeq 5\,\mathrm{GeV}$冻结，正螺旋度态在$T^+_f \simeq 8\,\mathrm{GeV}$冻结，两种分布都远离热分布。负螺旋度态比正螺旋度态具有更宽的动量分布。通过矢量玻色子衰变产生的无菌中微子不满足丰度、寿命和宇宙学约束，无法成为宇宙中唯一的暗物质成分，但可能解决$^{7}Li$问题，尽管处于可能参数空间的最边缘。质量为几兆电子伏的重惰性中微子可以衰变成质量为几千电子伏的轻惰性中微子，从而形成温暖的暗物质。我们认为具有$\leq 1/H_0$寿命的重无菌中微子达到了局域热力学平衡。
2017-02-28 astro-ph.CO hep-ph
Unveiling secret interactions among sterile neutrinos with big-bang nucleosynthesis
短基线中微子异常表明存在低质量（m \sim O（1）~eV）的无菌中微子ν_s。在早期宇宙中，这些粒子会通过活跃中微子的振荡而有效地产生，导致无菌态的热布居，这似乎与宇宙学观测不相容。为了缓解这种紧张关系，最近有人推测，由大质量规范玻色子X（M_X << M_W）介导的不育中微子之间的新的“秘密”相互作用，由于产生大的物质势项，可以抑制或抑制不育中微子热化。然而，我们注意到，它们也在无菌中微子部分产生强碰撞项，在遇到物质共振后诱导有效的无菌中微子产生，增加它们对相对论粒子种类N_ eff数量的贡献。此外，在温度T \lesssim几MeV处发生共振的ν_s-ν_s相互作用的参数值，在电子（反）中微子谱中产生显著的畸变，改变了大爆炸核合成（BBN）中轻元素的丰度。使用本确定的$^4$他和氘原始丰度，我们确定的BBN约束的模型参数。我们发现，如果假设重子密度为普朗克实验的最佳拟合值Ω_B h ^2 = 0.02207，则$^2$ H/H密度比排除了大部分的参数空间，而当Ω_B h ^2 =0.02261时（95% C. L. Planck的上界由于实验测定的误差较大，氦的质量分数Y_p没有给出明显的界限。
2014-11-15 astro-ph.CO hep-ph
Dominant Thermal Resonant Mechanism for Low-Scale Leptogenesis
The University of Osaka（大阪大学）；Marietta Blau Institute for Particle Physics, Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院玛丽埃塔·布劳粒子物理研究所）；University of Manchester（曼彻斯特大学）
本文提出热共振轻子生成机制，通过热激发的共振相干性产生宇宙中子 asymmetry，无需准简并 sterile 中微子共振增强。
2026-09-28 hep-ph
Multiple Populations of Same Sterile Neutrino as Dark Matter
本文提出同一惰性中微子可由多种机制形成冷热共存的多种群，给出四类产生情景并确定其可显著贡献暗物质丰度的质量区间。
2025-07-23 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Black Hole Sterile Neutrinogenesis: Sterile Neutrino Dark Matter Production Independent of Couplings
提出惰性中微子通过原初黑洞蒸发产生的“PBH惰性中微子产生”新机制，其不依赖活性-惰性混合，使惰性中微子可在0.3 MeV至0.3 TeV质量范围内成为温暗物质，并指出诱导引力波与X射线观测的巧合为独特特征。
2024-07-31 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Sterile neutrino dark matter in conformal Majoron models
Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas (LIP), Universidade do Minho（葡萄牙米尼奥大学实验粒子物理与仪器实验室）；Department of Physics and Astronomy, University of Hawaii at Manoa（夏威夷大学马诺阿分校物理与天文学系）；Departamento de Física, Escola de Ciências, Universidade do Minho（葡萄牙米尼奥大学理学院物理学系）；Department of Physics, Lund University（瑞典隆德大学物理系）；Departamento de Física da Universidade de Aveiro（葡萄牙阿威罗大学物理系）
该研究探讨了 conformal Majoron 模型中 sterile 中微子暗物质的产生机制，并通过 freeze-in 机制解释观测到的暗物质密度，同时考虑了与结构形成、X 射线限制及 S_8 紧张的兼容性。
2026-11-02 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Probing the Light Sterile Neutrino Through the Heavy Charged Higgs Decay on the LHC
我们在$ν$ -two-Higgs-doublet模型（$ν$ -THDM）中模拟了13 TeV质子-质子对撞机。重电荷的希格斯玻色子玻色子是成对产生的，通过电弱过程衰变为轻的无菌中微子。轻不育中微子进一步衰变为含有μ子的喷流状物体，这有助于我们从具有标准模型喷流的背景中分辨出信号。
2017-12-29 hep-ph
Inert-Sterile Neutrino: Cold or Warm Dark Matter Candidate
在通常的粒子模型中，只有质量在千电子伏范围内并且是温暖的暗物质，无菌中微子才能解释宇宙的暗物质。严格的宇宙学和天体物理学界限，特别是X射线观测所施加的界限，适用于它们。我们指出，在一个特定的变化的惰性双重模型中，不育中微子可以解释宇宙中的暗物质，可能是冷或热的暗物质候选人，即使质量远远大于keV的范围。这些惰性-惰性中微子在早期宇宙中以非热的方式产生，它们是稳定的，与标准模型粒子的耦合非常小，这使得它们在直接或间接的暗物质搜索中很难被探测到。原则上，它们可以在对撞机中通过发现模型中的其他粒子来揭示。
2009-12-22 astro-ph.CO hep-ph
Sterile Neutrino Dark Matter Production in the Neutrino-phillic Two Higgs Doublet Model
质量在千电子伏范围内的惰性中微子是暗物质的一个很好的候选者。它们是由中微子振荡通过与活跃的中微子混合而自然产生的。然而，通过非共振中微子振荡产生的可能性最近被排除了。与中微子振荡相比，希格斯衰变产生的替代产物小得可以忽略不计。结果表明，在亲中微子的双Higgs模型中，Higgs衰变的贡献可以超过中微子振荡的贡献，并且可以避开所有的约束.我们还研究了自由流视界，发现在4至53千电子伏的范围内的无菌中微子质量导致温暖的暗物质。
2015-12-08 astro-ph.CO hep-ph
Resonance production of keV sterile neutrinos in core-collapse supernovae and lepton number diffusion
我们研究如何假设的粒子-不育中微子-可以通过$\barν_μ$和$\bar ν_τ$的共振转换在爆炸的超新星内部产生。我们处理的新颖之处在于适当考虑轻子数扩散。我们计算了无菌中微子的产率，发现即使考虑到反反应，无菌中微子可以进行相当大的一部分爆炸的总能量相比，活性中微子。然而，生产对内部超新星区域的温度呈指数敏感，这使得具有挑战性的预测变得强大。为了了解这种产生是否会影响超新星的演化并因此受到限制，需要进行详细的模拟，包括无菌中微子的影响。
2022-12-02 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Atmospheric Sterile Neutrinos
我们研究了大气中无菌中微子的产生及其在Super-Kamiokande的探测。质量范围为$1\,{\rm MeV} \lesssim M_N \lesssim 105\,{\rm MeV}$的无菌中微子由μ子或π介子衰变产生，并衰变为电子-正电子对和活性中微子。这种无菌中微子的衰变在探测器中留下了两个类似电子的切伦科夫环。我们估计的无菌中微子通量从公认的活动中微子通量和研究的衰变事件在探测器的数量。通过比较无菌中微子衰变的类$2e$事件和Super-Kamiokande的观测数据，得到了活性-无菌混合的上界.μ子型混合$Θ_μ$的上限被发现是$|Θ_μ|^2 \lesssim 5 \times 10^{-5}$的$20 \,{\rm MeV} \lesssim M_N \lesssim 80\,{\rm MeV}$，这是显着松动相比，以前的估计。我们证明，环的张开角和总能量可以作为诊断工具，发现不育中微子在进一步的数据积累和未来的升级设施。事件的方向不对称性是测量无菌中微子通量在到达探测器的过程中由于衰变而减少的灵敏度。
2012-07-17 hep-ex hep-ph
Searching for sterile neutrinos from $π$ and $K$ decays
从$π^-,K^-$的静止衰变中产生的重无菌中微子产生负螺旋度的带电轻子（$π^+,K^+$为正）。我们得到这个过程的分支比，并认为斯特恩-格拉赫过滤器导致空间分离的域的两个螺旋度组件的丰度确定的分支比。与单色峰的搜索相补充，这种设置可以在下一代高强度实验中产生质量在$3 MeV \lesssim m_s \lesssim 414 MeV$范围内的无菌中微子的质量和混合角。我们还研究了轻狄拉克和Majorana无菌中微子与介子衰变中产生的$m_s \simeq eV$的振荡，包括衰变介子的寿命效应引起的退相干方面和短基线实验中带电轻子的停止距离。在3+1和3+2情形下，我们得到了包含这些退相干效应的荷电相互作用从产生到检测的跃迁几率，并研究了Majorana中微子从$\barν \leftrightarrow ν$振荡到$|ΔL|=2$的跃迁以及这些效应对CP破坏振幅的影响.我们认为，退相干效应是重要的，在目前的短基线加速器实验，导致低估的质量，混合和CP违反角。在MiniBooNE/SciBooNE，我们估计，这些影响导致$\sim 15%$低估了无菌中微子质量$m_s \gtrsim 3 \,\mathrm{eV}$。我们认为，反应堆和目前的短基线加速器实验是根本不同的，并建议在未来的高强度实验与中微子产生的$π,K$衰变在休息，停止带电轻子的距离远小于衰变长度的父介子抑制相当…
2013-04-09 hep-ex hep-ph
