Internal Bremsstrahlung Signature of Real Scalar Dark Matter and Consistency with Thermal Relic Density
最近在费米-LAT数据中发现了与130 GeV左右的线发射一致的来自银河系中心的伽马射线过剩。虽然费米-LAT合作尚未证实其重要性，但这样的信号将是暗物质湮灭的明确标志。到目前为止，已经有许多人试图用暗物质来解释这种过剩。然而，如果需要与暗物质的正确热遗迹密度保持一致，这些努力往往会使光子的横截面过小。在这封信中，我们考虑一个简单的汤川相互作用，可以兼容这两个方面，并显示哪些参数是有利的。
2013-08-28 astro-ph.CO hep-ph
Effective field theory analysis of composite higgsino-like and wino-like thermal relic dark matter
我们研究的有效场论（包括运营商的五个维度）的模型，其中暗物质是复合材料，包括一个电弱二重态狄拉克费米子（“希格西诺一样的暗物质”）或电弱三重态马约拉纳费米子（“维诺一样的暗物质”）。在前一种情况下，一些五维算符会导致中性伴子和电荷伴子态之间的质量分裂，导致共湮灭的耗尽率和质量为几十到几百GeV的热遗迹暗物质，而不是通常的纯higgsino热遗迹1 TeV。在后一种情况下（通常的热遗迹质量为3 TeV），没有发现这样的效果。其他算子，存在于wino和higgsino-like暗物质中，对应于非弹性电磁偶极矩相互作用，通过这些相互作用和湮灭，可以导致暗物质质量比通常值高一个数量级的可行模型。
2020-11-11 astro-ph.CO hep-ph
2HDM singlet portal to dark matter
希格斯门模型是解释宇宙遗迹丰度的最简单的方法。他们只添加了一个单线态，它只通过一个参数与希格斯玻色子耦合，这个参数控制着暗物质遗迹的丰度和直接探测截面。不幸的是，无论是标量还是费米暗物质，这种情况几乎被后者排除在外。在本文中，我们分析了希格斯门的想法与费米子暗物质的上下文中的2HDM。通过将决定正确遗迹密度的耦合与控制直接探测截面的耦合分开，我们能够打开参数空间，找到与观测到的遗迹密度和所有电流边界一致的宽区域。
2021-01-22 astro-ph.CO hep-ph
Annihilation of singlet fermionic dark matter into two photons
我们考虑一个扩展的标准模型中，一个单重态费米子粒子，作为冷暗物质，和一个单重态希格斯粒子。我们对自由参数进行了重新分析。特别是，要求一个正确的遗迹丰富的暗物质，我们推导出并绘制耦合的单重态费米子与单重态希格斯粒子，$g_s$，与暗物质质量。我们解析地计算了单重态费米子暗物质湮灭为两个光子的对湮灭截面。这个截面的热平均计算了宽范围的能量和绘制相对于暗物质质量使用$g_s$一致的遗迹丰度条件。我们还比较了我们的结果与Fermi-Lat观测。
2013-01-21 astro-ph.HE hep-ph
Radiative Neutrino Mass with $Z_3$ Dark matter: From Relic Density to LHC Signatures
在这项工作中，我们给出了一个具体的$\mathbb{Z}_3$暗物质（DM）模型中，中微子质量诱导在两个循环的DM粒子，可以是一个复杂的标量或狄拉克费米子的相互作用的现象进行了全面的分析。详细讨论了DM在遗迹密度和直接探测方面的特性以及LHC的特征，并简要讨论了对银河系中心γ射线过剩的间接探测。在DM方面，半湮没和共湮没过程在缓解遗迹密度和直接检测之间的参数空间的紧张关系方面起着至关重要的作用。在对撞机一侧，由$\mathbb{Z}_3$粒子产生的新衰变通道在LHC上产生了不同的信号。目前，三轻子信号被认为是标量和费米子DM候选者最严格的边界，费米子DM的签名与简化超对称模型中的电弱子非常相似。
2016-01-24 hep-ph
Effects of New Heavy Fermions on Complex Scalar Dark Matter Phenomenology in Gauged Two Higgs Doublet Model
在规范双Higgs二重态模型（G2HDM）下研究了新的重费米子在复杂标量暗物质（DM）中的包含现象。我们发现，DM质量超过1 TeV，重夸克共湮灭到标准模型（SM）夸克和胶子占主导地位的热平均截面有关的遗迹丰富的复杂标量DM。我们证明了QCD索末菲修正以及QCD束缚态形成在确定DM遗迹中的影响是可以忽略的。我们表明，允许的参数空间是显着的约束，目前普朗克遗物密度数据以及XENON1T限制DM直接搜索适当。
2020-12-24 hep-ph
Sommerfeld Enhancements for Thermal Relic Dark Matter
热遗迹暗物质的湮灭截面决定了其遗迹密度和间接探测信号。我们确定有多大的间接信号可能是在场景中与萨默托增强湮灭，受约束的暗物质有正确的遗物密度。这项工作完善了我们以前的分析，通过详细的治疗共振索末菲增强和索末菲增强冻结的效果。索末菲增强提出了许多有趣的问题，在冻结计算中，我们发现，截止的共振增强，力载体的平衡，动力学解耦的温度，和效率的自我相互作用，以保持热速度分布都发挥了作用。这些效应可能会产生惊人的后果;例如，对于共振增强的索末菲湮灭，暗物质冻结出来，但随后可能发生化学重新耦合，这意味着与天真的预期相反，间接信号受到高度抑制。在最小的情况下，与标准的天体物理学假设，并调整所有参数，以最大限度地提高信号，我们发现，力载体质量m_phi = 250 MeV和暗物质质量m_X = 0.1，0.3和1 TeV，最大索末菲增强因子S_eff = 7，30和90，分别。这样的提升太小，无法解释PAMELA和费米的过度。非极小模型可能需要较小的升压，但S_eff的界限也可能更严格，并且需要专门的冻结分析。具体来说，我们专注于4亩的最终状态，但我们也讨论了4 e和其他模式，偏离标准的天体物理假设和非最小粒子物理模型，我们概述了所需的步骤，以确定这些考虑可能会导致一个自洽的解释PAMELA或费米过剩。
2010-09-28 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Semi-Annihilation of Fermionic Dark Matter
在各种直接和间接的探测实验中，仍然没有观测到暗物质湮灭产生的事件，这就对确定弱相互作用大质量粒子遗迹密度的机制提出了质疑。然而，如果遗迹密度主要由半湮灭过程决定，而不是通常的湮灭，这种紧张局势可以得到改善。在这里，我们研究了一个Z3对称有效场论，其中包含一个半湮灭为右手中微子（RHN）的费米子暗物质。RHN的动力学及其后期衰变的影响也被仔细检查，同时获得正确的DM遗物。最后，半湮灭截面上的间接探测界限是从矮椭球星系（费米-LAT）方向的伽马射线观测中得出的，包括H.E.S.S.和CTA探测器
2022-06-12 hep-ph
Cosmological Constraints on Light (but Massive) Relics
许多超出标准模型的物理学场景都预测了新的光，弱耦合自由度，在早期宇宙中占据了一席之地，并作为今天的宇宙遗迹保留下来。由于其高丰度，这些遗迹可以显着影响宇宙的演化。例如，无质量的遗迹产生了一个位移$ΔN_{\rm eff}$到宇宙预期的有效活跃中微子数。另一方面，巨大的遗迹也成为后来宇宙中宇宙学暗物质的一部分，尽管它们的光性质允许它们自由地从势阱中流出。这在宇宙的大尺度结构（LSS）中产生了新的签名，抑制了小尺度的物质波动。我们提出了第一次一般搜索这样的光（但大规模）文物（LiMR）与宇宙微波背景（CMB）和LSS数据，扫描其质量$m_X$和温度$T_X^{(0)}$今天的二维参数空间。在保守的最低温度（$T_X^{(0)}=0.91$ K）方案中，我们排除了外尔（和更高自旋的）费米子--如引力子--在95% C. L.时具有$m_X\geq 2.26$ eV，并为标量、矢量和狄拉克费米子遗迹设置类似的$m_X\leq 11.2, 1.06, 1.56$ eV极限。这是第一次搜索LiMR与联合CMB，弱透镜，和完整形状的星系数据，我们表明，弱透镜数据是关键的打破参数简并，而完整形状的信息提出了一个显着的提升，相对于只有重子声学振荡参数的分析约束功率。在这些数据集的综合实力下，我们的约束是迄今为止最严格和最全面的。
2022-04-16 astro-ph.CO hep-ph
Constraining the interaction strength between dark matter and visible matter: I. fermionic dark matter
本文通过对暗物质遗迹密度的观测、CDMS和XENON的直接探测实验以及PAMELA对反质子质子比的间接探测，研究了暗物质与标准模型粒子相互作用的约束条件。通过构造暗物质与标准模型粒子之间的有效相互作用算符，采用了与模型无关的研究方法。研究了最一般的4-费米子算符。我们发现，来自不同观测的约束是互补的。特别是自旋无关散射给出了非常强的约束相应的运营商。在某些情况下，反质子到质子数据的间接探测实际上比直接探测或轻暗物质（小于70 GeV）的遗迹密度更灵敏。
2011-09-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
A complex singlet extension of the Standard Model with a singlet fermion dark matter
本文在标准模型的复杂单态标量扩展中引入单态费米子暗物质，以弥补标量暗物质遗迹密度不足，并满足强一阶电弱相变条件。
2024-09-19 hep-ph
Effects of quantum statistics on relic density of Dark Radiation
研究了无质量粒子的冻出问题。由于量子统计的影响，费米-狄拉克或玻色-爱因斯坦，所有相关的粒子的过程进行了分析。适当的玻尔兹曼方程的解决方案进行了比较，使用一些流行的近似方法。作为一般结果的应用，讨论了Weinberg的Higgs门模型中暗辐射的残余密度。
2018-07-02 hep-ph
Direct Constraints on Minimal Supersymmetry from Fermi-LAT Observations of the Dwarf Galaxy Segue 1
矮星系Segue 1是间接探测暗物质最有希望的目标之一。在这里，我们研究什么限制9个月的费米-LAT伽玛射线观测Segue 1放置在约束最小超对称标准模型（CMSSM），最轻的中性伴子的暗物质粒子。我们使用嵌套采样来探索CMSSM参数空间，同时拟合其他相关的约束，从加速器边界，遗迹密度，电弱精密可观测量，异常磁矩的μ子和B-物理。我们包括光谱和空间适合费米观测，仪器响应及其相关的不确定性，详细的背景模型的全面治疗。我们还对5年的观测进行了外推，假设在那段时间内没有从Segue 1观测到信号。结果稍微不利于模型与低中性伴子质量和高湮灭截面。然而，实际上所有这些模型都已经受到现有实验或遗迹密度限制的不利影响。
2009-12-15 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Dark Matter as dark dwarfs and other macroscopic objects: multiverse relics?
一阶相变可能留下假真空及其粒子的残余口袋，表现为宏观的暗物质。我们计算一个预测模型：一个规范理论与暗夸克遗物比禁闭规模更重。在一阶相变到禁闭的过程中，暗夸克保持在假真空中并被压缩，形成费米球，费米球可以经历引力坍缩，成为稳定的暗矮星（类似于白矮星的束缚态），或成为原始的黑洞。
2022-04-03 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Dark Matter Annihilation and the PAMELA, FERMI and ATIC Anomalies
如果像PAMELA、ATIC、HESS和FERMI天文台报道的那样，暗物质（DM）湮灭是宇宙射线电子/正电子的诱人过剩的原因，那么隐含的湮灭截面一定相对较大。在标准宇宙学模型的背景下，这导致了非常小的遗迹DM丰度，这与天体物理观测不相容。我们探讨可能的解决方案，这一明显的冲突，在非标准的宇宙学方案，合理地允许大截面，同时保持遗迹丰度符合目前的观测。
2012-03-14 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Fermion Singlet Dark Matter in a Pseudoscalar Dark Matter Portal
我们探讨一个简单的扩展标准模型包含两个规范单态：狄拉克费米子和一个真正的赝标。在参数空间的某些区域，两个单态都是稳定的，不需要额外的对称性，然后成为一个可能的双组分暗物质模型。我们研究了残余丰度生产通过冻结，后者确定的湮灭，转换和半湮灭。研究了来自不可见希格斯衰变、暗物质遗迹丰度和直接/间接探测的实验约束。我们发现三个可行的区域的参数空间，该模型是敏感的间接搜索。
2021-10-06 hep-ph
Coscattering in next-to-minimal dark matter and split supersymmetry
在某些热残余暗物质的模型中，残余物质的丰度可能是由非弹性散射过程（而不是湮灭）决定的，随着宇宙冷却，散射过程变得低效。这种效应被称为共散射。我们提出了一个程序来数值求解全动量相关的玻尔兹曼方程的共散射，这使得精确计算的暗物质遗物密度，包括早期动力学解耦的影响。我们将我们的方法应用到一个简单的模型，包含一个费米SU（2）三重态和一个费米单重态与电弱尺度的质量，在小的三重态-单重态混合。残余物密度可以通过共湮灭或在混合角$θ\lesssim 10^{-5}$的值处通过共散射来设置。我们确定的参数范围，引起所观察到的遗迹丰度。作为一种特殊情况，我们在大$μ$上研究了分裂超对称中的类双星暗物质。
2020-02-14 hep-ph
Cold dark matter plus not-so-clumpy dark relics
各种粒子物理学模型表明，除了（近乎）冷的暗物质解释了当前的观测结果，可能还存在额外的但不占主导地位的暗遗迹。这些可能是温暖的，热的，甚至是暗辐射。我们在这里提出了一个全面的研究两个组件的暗物质的情况下，第一个组件被假定为冷，第二个是一个非冷的热遗迹。考虑的情况下，非冷暗物质的物种可以是费米子或玻色子，我们得到一致的上限非冷暗遗迹能量密度的速度色散范围很大，涵盖了整个范围从暗辐射冷暗物质。为此，我们采用最新的普朗克宇宙微波背景数据，最近的BOSS DR 11和其他重子声学振荡测量，以及银河系卫星的数量上的限制，后者提供了一个措施的抑制在最小尺度的物质功率谱由于自由流动的非冷暗物质组件。我们提出的结果上的分数$f_{\rm ncdm}$的非冷暗物质相对于总的暗物质的非冷暗物质质量的不同范围。我们发现，对于质量在1- 10 keV范围内的非冷暗物质粒子，两个$σ$极限分别为：费米子（玻色子）的$f_{\rm ncdm}\leq0.29$（0.23）和质量在10- 100 keV范围内的$f_{\rm ncdm}\leq0.43$（0.45）。
2017-06-06 astro-ph.CO hep-ph
Electric But Not Eclectic: Thermal Relic Dark Matter for the XENON1T Excess
暗物质的身份正在寻求越来越敏感和大量的地下探测器。最近，XENON1T合作报告了过量的电子反冲事件，其中大多数的反冲能量在$1-30$ keV左右。我们表明，一个简单的模型，通过早期宇宙热冻结湮灭产生的非弹性暗物质可以解释氙1T过剩。值得注意的是，这个暗物质模型由几个简单的元素组成：亚GeV质量的狄拉克费米子暗物质与一个较轻的暗光子耦合，暗光子与标准模型光子动力学混合。在暗U（1）规范对称性下带电的标量场可以为暗光子提供质量，并将狄拉克费米子分量态质量分裂几keV，这些质量以相等的丰度存在，并与电子和原子核进行非弹性相互作用。
2020-10-13 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Relic Challenges for Vector-Like Fermions as Connectors to a Dark Sector
新的暗扇区由与标准模型耦合非常微弱的奇异场组成，具有强大的理论动机，可能与解释暗物质（DM）的丰度有关。这些部门面临的一个重要问题是它们如何与战略管理相联系。对于一个具有新规范相互作用的暗扇区，一个自然的联系来自于在可见和暗规范群下都带电的重矢量费米子。这种费米子的规范荷意味着，在没有额外的暗对称性破缺源的情况下，它们中的一个或多个是稳定的。这种连接器面临的一个普遍挑战是，如果它们在早期宇宙中被热化，它们可能会产生太多的暗物质，或者与原子核发生太强的相互作用。在本文中，我们研究这一挑战，在一个简单的连接器理论组成的新的矢量状电弱偶和单态费米子，也转换下的基本表示的一个新的（阿贝尔）规范力，我们表明，这些连接器在其最小的形式几乎总是排除现有的直接DM搜索。为了应对这一挑战，我们研究了两种解决方案。首先，我们研究减轻散射的原子核引入马约拉纳质量项的单线态。第二，我们研究了与SM轻子的混合，允许连接器衰变，同时保持与宇宙学测试和搜索带电轻子味违反一致。两种解决方案都依赖于带有比荷的暗希格斯场的存在。
2022-10-27 hep-ph
Pseudoscalar Portal Dark Matter
一个费米子暗物质候选者，其残余丰度是通过赝标湮灭而设定的，可以逃避直接探测实验的约束。我们提出了简化的模型，实现这一事实，通过耦合一个费米子暗部门的两个希格斯偶极子模型。这些模型是混合双希格斯诺暗物质在MSSM中的推广，在耦合和标量谱上有更多的自由度。赝标量共振附近的湮灭使得热遗迹暗物质的参数空间比单重态-二重态暗物质大得多，在单重态-二重态中，费米子只与SM希格斯二重态耦合。在一般的双希格斯粒子模型中，赝标量也可以相对较轻，甚至在100 GeV以下也有可能获得热遗迹暗物质候选者。特别是，我们找到了足够的空间来获得质量约为50 GeV的暗物质，并拟合银河系中心多余的伽马射线。这个参数空间区域可以通过LHC寻找重赝标量或电弱子来探测，也可能通过其他新的对撞机信号来探测。
2015-08-13 astro-ph.HE hep-ph
The Relic Abundance of Massive Colored Particles after a Late Hadronic Annihilation Stage
我们讨论了大量的长寿命的有色粒子的质量的顺序为1 TeV的遗迹丰度。我们首先考察大质量有色粒子只有标准颜色的情况。接下来我们考虑M.卢蒂，其中有色粒子在一个比粒子质量小得多的非阿贝尔规范群下变换。在这两种情况下，遗迹丰度减少通过一个“后期”强子湮灭阶段。在第二种情况下，残余夸克与普通夸克结合，形成分数带电体和反常重同位素，残余夸克丰度的界限变得非常严格。然而，夸克之间的力有一个新的限制部分，通过宏观弦表现出来，由此产生的有效的“非常晚”的湮灭将遗迹丰度降低到可接受的水平。讨论了在LHC上产生和探测这种粒子的前景以及所产生粒子的命运。
2007-12-17 astro-ph hep-ph
Thermal Relic Dark Matter Beyond the Unitarity Limit
我们讨论了一个简单的热遗迹暗物质模型，它的质量可以远远大于所谓的点状粒子暗物质质量的么正性极限。该模型由新的强动力学与一种味道的费米子的基本表示，这是比新的强动力学的动力学尺度重得多。暗物质被认为是新动力学中最轻的重子强子。当重子强子具有大半径时，它们湮灭为新强动力学的介子强子。因此，热遗迹暗物质的质量在PeV范围是可能的。
2016-06-01 hep-ph
Phenomenology of doublet-triplet fermionic dark matter in nonstandard cosmology and multicomponent dark sectors
在保管极限方案中考虑了暗物质候选者为纯二重态且处于电弱标度时的二重态-三重态费米子模型。这个计划，尽管是一个有吸引力的和有前途的DM模型，受到严重制约的DM遗物密度约束和希格斯双光子衰变率的LHC测量之间的相互作用。在这项工作中，DM遗迹密度被认为是产生于一个非标准的宇宙学方案或作为一个更大的部门，包括其他DM粒子的一部分，这是为了饱和所观察到的遗迹丰度。对于这些情况下，我们调查的新部门在不同的对撞机可观的影响，并研究来自直接检测和间接检测的伽玛射线在扩散和线状光谱的约束。因此，我们发现，在非标准宇宙学的情况下，大多数实验施加，到一定程度上，限制，虽然参数空间的大部分仍然是可行的。对于多组分的情况下，只有直接检测施加约束。
2018-11-08 hep-ph
Dark Matter perspective of Left-Right symmetric gauge model
该研究针对带特定定域规范对称性的左右对称模型，分析两类费米子暗物质候选者的遗迹密度与直接探测截面特性，提出双组分暗物质模型，并结合XENON实验给出相互作用限制。
2023-04-12 hep-ph
PeV-Scale Dark Matter as a Thermal Relic of a Decoupled Sector
在这封信中，我们考虑了一类场景，其中暗物质是一个沉重的隐藏部门的一部分，是热解耦的标准模型在早期宇宙。暗物质通过湮灭到更轻的亚稳态而冻结，其随后的丰度可以自然地支配宇宙的能量密度。当这种状态衰变时，它会重新加热可见部分并稀释所有残余丰度，从而使暗物质比弱尺度重几个数量级。为了具体起见，我们考虑一个简单的实现与狄拉克费米子暗物质候选人耦合到一个大质量的规范玻色子，通过其动力学混合超荷衰变到标准模型。我们确定可行的参数空间中的暗物质可以作为重~1-100 PeV，而不会在早期宇宙过度生产。
2016-02-26 astro-ph.CO hep-ph
Fermionic Dark Matter through a Light Pseudoscalar Portal: Hints from the DAMA Results
研究了费米子暗物质（DM）粒子通过轻赝标介质与标准模型夸克相互作用。我们分别考虑DM-赝标量耦合是$CP$守恒或$CP$违反的情况。我们表明，采取接触相互作用是不合适的，即使当介质具有相同数量级的质量作为典型的动量转移在直接检测实验，这样允许的DAMA区域被排除或大大修改的正确的遗物密度要求。DAMA的结果似乎表明，$CP$违反的相互作用是占主导地位的直接搜索。我们发现，如果质子-中子有效耦合比为$-60\sim -40$，则SuperCDMS、XENON 100和LUX设置的排除极限被高度抑制，并且DAMA信号因此可以容易地与这些零测量相协调。对于这个模型，由DAMA信号和正确的残余密度确定的允许区域可以成功地满足热平衡、大爆炸核合成和DM自相互作用所要求的条件。未来对风味物理学的测量结果将为相关模型提供重要的约束。COUPP、PICASSO、SIMPLE和KIMS进行的精确测量应该能够在不久的将来检验这一模型。
2016-12-21 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Two-component scalar and fermionic dark matter candidates in a generic U$(1)_X$ model
考虑标准模型的一个$U(1)_X\otimes \mathbb{Z}_2\otimes \mathbb{Z}'_2$推广，其中SM场的$U(1)_X$荷由其超荷和B $-$ L数的线性组合给出.除了SM粒子的内容，该模型包含三个右手中微子（RHN）$N_R^i$和两个标量$Φ$，$χ$，所有的单态下的SM规范群，但在$U(1)_X$规范群带电。其中两个额外的领域，费米子$N_R^3$是奇数下$\mathbb{Z}_2$和标量$χ$是奇数下$\mathbb{Z}'_2$对称性。因此，$χ$和$N_R^3$都对观测到的暗物质遗迹密度有贡献，从而产生了双组分暗物质候选者。我们详细研究了它的暗物质属性，如遗迹密度和直接检测考虑到来自对撞机研究的约束。我们发现，在我们的模型中，一种暗物质（DM）可能会湮灭到另一种物质中，这可能会以一种重要的方式改变遗迹密度。
2022-04-27 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
Dark matter from axion and small neutrino mass
本文提出KSVZ-like标准模型扩展，通过轴子入口的UV-freeze-in机制产生Dirac费米子暗物质，指出FIMP单独即可作为未被排除的暗物质，揭示了暗物质、轴子与中微子的内在联系并解决强CP问题。
2025-07-15 hep-ph
Higgs stability-bound and fermionic dark matter
与通过汤川相互作用耦合的费米子相反，费米子暗物质的希格斯门相互作用可以对标准模型希格斯势产生稳定作用。非微扰重整化群分析表明，类似于希格斯势本身的高阶算子，费米子门耦合只能使亚稳尺度增加大约一个数量级。此外，这种极弱耦合的暗物质与残余密度约束相冲突。相反地，具有适当残馀丰度的费米子暗物质需要有效场论的低截止尺度或强相互作用标量扇区。这导致在标量部门的平凡问题，持续在非微扰水平。相应地，有效场论的崩溃表明，在暗费米子质量标度之上不远处存在着一个更大的暗扇区。
2018-11-19 hep-ph hep-th
FIMP DM in the Extended Hyperchargeless Higgs Triplet Model
我们在扩展的超荷（$Y=0$）希格斯三重态模型中对弱相互作用大质量粒子（FIMP）暗物质候选者进行了独家研究。额外的$Z_2$奇中性费米子单线态在另外两个矢量状费米子双线态的支持下扮演着暗物质的角色。单重态费米子和双重态费米子的混合通过冻结机制控制了当前残留物的密度，而额外的双重态费米子有助于获得中微子质量和混合角。我们得到了一个广泛的区域的参数空间，满足当前遗迹密度和中微子质量和混合角。
2021-11-27 hep-ph
Tachyonic production of dark relics: classical lattice vs. quantum 2PI in Hartree truncation
本研究通过经典格点模拟探究再加热阶段自相互作用标量暗物质的非平衡产生，验证了其与哈特里截断量子2PI方法的定性一致性，确认新型非线性共振的存在及产额主导作用，且二者两点函数终值差异为O(1)量级。
2024-06-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Thermal Abundance of Semi-Relativistic Relics
玻尔兹曼方程的近似解析解的粒子，无论是极端的相对论性或非相对论性时，他们从热浴解耦是公认的。然而，还没有已知的半相对论性退耦粒子的残余密度的解析公式。本文提出了一种新的湮没截面热平均值的计算方法，并找到了一种计算其残余密度的半解析方法。作为例子，我们考虑马约拉纳和狄拉克型中微子。我们表明，这样的半相对论遗迹不能很好的冷暗物质的候选人。然而，亚稳定的半相对论性遗迹的晚期衰变可能释放了大量的熵，从而稀释了其他不需要的遗迹的密度。
2009-08-11 astro-ph.CO hep-ph
Dark matter mass from relic abundance, an extra $U(1)$ gauge boson, and active-sterile neutrino mixing
在一个具有额外的$U(1)$规范到SM规范群的模型中，我们给出了额外规范玻色子和暗物质的质量允许区域，它是模型中存在的右手Majorana费米子中最轻的一个。为了得到这个区域，我们使用了来自于对活跃的惰性中微子质量和各种振荡实验的混合的约束，由普朗克得到的对暗物质遗迹密度的约束，以及最近由ATLAS合作组在LHC得到的对额外规范玻色子质量及其规范耦合的约束。从允许的区域中，可以得到额外规范玻色子和暗物质质量的一些下限，考虑到这些值，可以推断额外$U(1)$规范对称性的自发对称性破缺标度。
2020-04-09 astro-ph.HE hep-ph
Scalar dark matter coannihilating with a coloured fermion
我们分析了一个简化模型的现象学的一个真正的标量暗物质候选人与夸克通过有色费米子介体相互作用。在共湮灭区，暗物质丰度受有色费米子动力学的控制，而有色费米子的动力学可以受到非微扰效应的显著影响。我们采用非相对论性的有效场论方法，使我们能够系统地处理索末菲效应和束缚态形成的早期宇宙。与暗物质遗迹丰度相适应的参数空间面临着直接、间接和对撞机搜索。参数空间的相当大一部分，暗物质质量高达18 TeV，已经被XENON1 T排除在外。大多数剩余的热遗迹可以通过未来的达尔文式实验来探测，同时适当考虑到直接探测过程的相关耦合的运行。
2019-11-06 hep-ph
Enhancement of dark matter relic density from the late time dark matter conversions
我们证明，如果宇宙中的暗物质（DM）包含多个组件，DM组件之间的相互作用可能会导致DM转换。由于热退耦后DM转换过程的增强，湮灭截面远大于典型弱相互作用大质量粒子（WIMP）的最轻DM组分可能获得与宇宙学观测一致的残余密度.这为解释最近DM间接搜索实验报告的过度行为提供了一个替代来源。
2011-09-09 hep-ph
Lepto-philic 2-HDM + singlet scalar portal induced fermionic dark matter
我们探讨的可能性，观测到的异常磁矩的μ子$Δa _μ$和预测的遗迹丰富的暗物质普朗克数据的差异，可以解释在一个lepto-philic 2-HDM增加了一个真正的SM单重标量的质量$\sim$ 10-80 GeV。我们从观测到的Higgs衰变宽度约束模型在LHC，LEP搜索低质量的奇异标量和异常磁矩的电子$Δa_e$。这个受约束的光单态标量充当了费米子暗物质的入口，这有助于宇宙所需的遗迹密度。一个大的区域的模型参数空间被发现是一致的，从直接和间接DM检测实验与目前的观察。
2019-07-11 hep-ph
Implications of Fermionic Dark Matter on recent neutrino oscillation data
我们在暗生模型的背景下研究了味道现象学和暗物质。在这个模型中，中微子质量是通过单圈辐射修正产生的。考虑到中微子混合矩阵为三-双极大形式，并加上扰动以适应最近观测到的反应堆混合角$θ_{13}$的非零值，我们得到了各种中微子振荡参数与模型参数之间的关系。在简并重中微子质量谱中，我们得到了轻中微子质量服从正常等级，并研究了考虑共湮灭效应的费米子暗物质候选者的剩余丰度。由此得到了一个可行的参数空间，与中微子振荡数据、残余丰度和各种轻子味违反衰变如$\ell_α\to\ell_βγ$和$\ell_α\to 3 \, \ell_β$相一致。
2016-12-26 hep-ph
Vector Fermion-Portal Dark Matter: Direct Detection and Galactic Center Gamma-Ray Excess
我们研究了起源于标准模型的U（1）扩展的中性规范玻色子X作为粒子暗物质的候选者。矢量暗物质通过重费米子介质与标准模型费米子相互作用。这种相互作用在XX到ff的过程中产生了t通道湮灭截面，它在热冻结过程中控制了热遗迹丰度，并在星系晕中产生了可测量的伽马射线通量。对于光矢量暗物质，如果它主要耦合到第三代费米子，这个模型可以解释来自银河系中心的过量伽马射线。我们表明，矢量暗物质的质量为20 ~ 40 GeV，并湮灭到bb和τ的最终状态提供了一个很好的描述所观察到的伽玛射线过剩。参数空间旨在解释伽马射线过剩，也可以提供正确的热遗迹密度，并与来自电弱精密数据，希格斯不可见衰变和对撞机搜索的约束兼容。我们还表明，暗物质耦合到核子的费米子门相互作用是环抑制，只有助于自旋相关的截面。因此，矢量暗物质可以很容易地摆脱直接探测实验的严格限制。
2014-09-22 astro-ph.HE hep-ph
The relic density of shadow dark matter candidates
本文给出了冷暗物质候选者的残余密度的计算结果，它来自一个暗能量和暗物质的模型，该模型由一个渐近自由规范群SU（2）Z（QZD）描述，在很低的尺度下（λ Z ~ 10^（-3）eV），耦合常数α Z ~ 1，而在高能时α Z ~弱耦合. QZD的暗物质候选者是两个相互作用较弱的大质量粒子形式的费米子。我们的研究结果表明，对于质量在50和285 GeV之间的暗物质，它们可以解释宇宙中相当大的一部分或整个暗物质。
2008-06-23 astro-ph hep-ph
When Freeze-out Precedes Freeze-in: Sub-TeV Fermion Triplet Dark Matter with Radiative Neutrino Mass
我们提出了一个最小的预测方案的暗物质和辐射中微子质量的遗迹丰度的暗物质产生的混合设置包括热冻结以及非热冻结机制。考虑到三个副本的费米子三重态和一个标量二重态，在一个完整的$\mathbb{Z}_2$对称性下的奇数，负责中微子质量的辐射起源，我们认为最轻的费米子三重态作为一个暗物质的候选人，它仍然在通常的热冻结在sub-TeV制度下丰富。$\mathbb{Z}_2$ -奇标量偶衰变为暗物质的晚期衰变作为非热（冻结）贡献，不仅填补了热暗物质的不足，而且还限制了母粒子的参数空间，从而产生了正确的暗物质残余丰度。除了显示出与纯粹冻结和纯粹冻结暗物质的场景有有趣的区别之外，该模型仍然可以通过碰撞机上消失的电荷径迹签名，可观察到的暗物质的直接和间接检测率以及几乎消失的最轻中微子质量的预测来进行测试。
2018-09-10 astro-ph.CO 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
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
Multi Component Dark Matter in a Minimal Model
Physics Department, Faculty of Science, Arak University（阿拉克大学理学院物理系）
研究一个包含两个单重态费米子和一个单重态标量粒子的最小Z2对称标准模型扩展，通过希格斯门户与SM粒子相互作用，确定多组分暗物质参数空间，标量暗物质在125-400 GeV质量范围逃避直接探测限制，费米子暗物质贡献大部分剩余密度。
2026-06-12 hep-ph
The FIMP-WIMP dark matter in the extended singlet scalar model
我们探索最简单可行的暗物质模型与一个真正的单重标量，矢量类单重态和二重态费米子。与费米子扇区相关联的汤川耦合对通过冻结机制获得电流遗迹密度起着至关重要的作用。我们讨论了最近的μ子异常磁矩实验数据和遗迹密度的约束。我们还进行了对撞机分析的FIMP暗物质的背景下，14 TeV的LHC实验与MATHUSLA 100/200探测器。我们的分析表明，在14 TeV大型强子对撞机上，使用积分亮度$\mathcal{L}=10^6 ~{\rm fb^{-1}}$可以获得足够的重电荷费米子轨道事件$>3$。
2022-01-24 hep-ph
Sterile neutrinos: the dark side of the light fermions
中微子质量的发现表明可能存在规范单重态费米子，它们通过跷跷板机制参与中微子质量的产生。相应自由度的质量范围可以从电弱尺度到普朗克尺度。如果一些单态费米子是轻的，那么在低能有效理论中会出现不育中微子。它们可以在天体物理学和宇宙学中发挥重要作用。特别是，质量为几keV的不育中微子可以解释宇宙学上的暗物质，它可以相对温暖或寒冷，这取决于生产机制。同样的粒子也可以解释观测到的中子星的速度，因为在超新星爆炸中产生的冷却中子星的辐射具有各向异性。残余的无菌中微子的衰变可以产生X射线通量，从而影响第一批恒星的形成。现有的和未来的X射线望远镜可以用来寻找残余的无菌中微子。
2009-09-11 hep-ph
Singlet-Triplet Fermionic Dark Matter and LHC Phenomenology
众所周知，对于纯标准模型三重态费米WIMP型暗物质（DM），遗迹密度满足2 TeV左右。对于这样一个重质量的粒子，在13 TeV运行的LHC的产生截面将是非常小的。进一步扩展模型与一个单重态费米子和三重态标量，DM遗迹密度可以满足更低的质量。在LHC上可以大量产生低质量的DM，因此模型可以在对撞机上进行检验。对于本模型，我们已经研究了多喷流（$\geq 2\,j$）+丢失的能量（$\cancel{E}_{T}$）信号，并表明这可以在不久的将来检测到的LHC 13 TeV运行。我们还预测，目前的模型是可测试的地球为基础的DM直接检测实验，如氙-1T和未来的达尔文。
2018-04-21 hep-ph
Dark matter relic density from conformally or disformally coupled light scalars
热冻结是早期宇宙中暗物质产生机制的一个突出例子，它可以产生稳定的弱相互作用大质量粒子（WIMP）的正确残余密度。在质量尺度的另一端，标准模型的许多流行扩展预测了超轻标量场的存在。这些可以耦合到物质，优先在一个普遍的和移位对称性保持的方式。我们研究的影响，这种共形和非正式耦合的遗迹密度的WIMP，而不引入修改宇宙的热历史。这可能导致额外的热贡献DM遗迹密度或抑制否则太大的丰度相比，观察到的水平。在这项工作中，我们假设WIMP只通过光标量门与标准模型相互作用。我们使用简单的模型的费米子或标量DM，虽然类似的讨论举行了更复杂的情况下，并预测，他们的质量应该是之间的$\sim 100~\textrm{GeV}$和几个$\textrm{TeV}$符合DM丰度和当前的限制耦合的光标量物质在大型强子对撞机。未来的搜索将收紧这些界限。
2020-06-01 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Dark Matter Mass Constrained by the Relic Abundance, Direct Detections, and Colliders
我们考虑了狄拉克费米子暗物质（DM）的一般形式，它通过标量介体与标准模型夸克进行通信，以模型无关的方式。四个特殊的相互作用的情况下，其中一个是奇偶守恒和其他三个是奇偶违反。其中三个导致$v$抑制的DM-核子截面，其中$v \sim 10^{-3} c$是实验室坐标系中DM的速度。我们约束的质量的暗物质和介质，以及从热遗迹丰度的耦合，和最近的结果的XENON 100直接检测和对撞机实验涉及两个通道：（i）单喷流加上大失踪的横向能量，和（ii）双喷流。目前的单射流约束并不比从正确的残骸密度的要求和Xenon 100直接探测的零结果所得到的约束更强。我们发现，dijet共振测量可以排除很大一部分的参数空间$(m_χ, m_Y)$，其中耦合的介质耦合到暗物质和夸克是小的，并具有大致相同的幅度。间接探测和双光子共振搜索的约束也作了简要讨论。
2013-05-27 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Goldstone Fermion Dark Matter
我们认为，弱尺度戈德斯通玻色子的费米子超伴子可以是一个天然的WIMP候选者。这种“戈德斯通费米子”的p波湮灭成成对的戈德斯通玻色子自动产生正确的遗迹丰度，而由于与标准模型的耦合被抑制，XENON 100的直接探测边界被规避。此外，它能够避免间接的检测约束，因为相关的s波湮灭是小的。Goldstone超多重态的相互作用可以导致非标准的Higgs衰变和新的对撞机现象。
2011-06-24 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological bounds on masses of neutrinos and other thermal relics
随着精确数据的出现，宇宙学已经成为探测粒子物理学的一个非常强大的工具。最好的例子是轻中微子质量的宇宙学束缚。在这里，我回顾了宇宙学中微子质量边界的现状，以及在推导它们所涉及的各种不确定性。根据WMAP、SDSS和Lyman-alpha森林的数据，中微子质量之和的上限为0.65 eV（95% C.L.）。可以通过任何有关偏见的假设来推导。我也提出了新的限制其他光，热产生的粒子。例如，一个假设的新马约拉纳费米子在电弱相变附近的退耦必须有m < 5 eV。
2004-09-12 hep-ph
Fermionic dark matter in leptoquark portal
研究了以细夸克为介质场的暗物质粒子的超标准模型（SM）入口情形。轻子夸克是一种既有重子数又有轻子数的有色粒子，它允许DM通过可重整化相互作用与SM场相互作用。通过聚焦于具有Majorana费米子DM候选者的矢量leptoquark门户，我们发现模型中唯一未知的耦合对DM模型的所有三个主要特征敏感，即遗迹密度，直接检测以及间接检测，同时与对撞机数据一致。我们以最小的场含量探索了门的参数空间，发现AMS-02的反质子通量数据到目前为止都有严格的约束，并排除了400 GeV以下的DM质量。LUX 2016年的DM中子散射截面数据允许与遗迹密度兼容的区域，但LUX-ZEPLIN实验的未来灵敏度可以探测模型到其微扰极限。
2018-09-09 hep-ph
Global Constraints on Effective Dark Matter Interactions: Relic Density, Direct Detection, Indirect Detection, and Collider
采用有效的相互作用方法描述自旋为0或1/2的暗物质粒子与标准模型自由度之间的相互作用。这种方法适用于那些暗物质粒子不经历标准模型相互作用的模型，例如，隐藏部门模型。我们探讨这些有效的相互作用算子对（i）暗物质遗迹密度，（ii）自旋独立和自旋相关的暗物质-核子散射截面，（iii）宇宙反质子和伽马射线通量的星系晕由于暗物质湮灭，和（iv）单喷流和双光子生产加上在Tevatron和大型强子对撞机（LHC）丢失的能量的影响。我们结合了WMAP 7的残余密度，XENON 100的自旋无关截面，XENON 10，ZEPLIN-III和SIMPLE的自旋相关截面，PAMELA的宇宙反质子通量，${\it Fermi}$ -LAT的宇宙γ射线通量，以及Tevatron和LHC的单喷流和双光子数据的实验数据，对每个有效算子进行最全面的限制。
2012-04-11 astro-ph.CO hep-ph
