Prospects for Detecting Boosted Dark Matter in DUNE through Hadronic Interactions
增强暗物质(BDM)是目前被广泛研究的一类暗物质候选者,其中一小部分暗物质是相对论性的。我们通过强子相互作用在大型液氩时间投影室(LArTPC),如DUNE的BDM搜索奠定了基础。我们研究BDM核散射的详细开发新的事件生成技术与参数化探测器模拟。利用LArTPC中强子探测的低阈值和方向性,我们研究了在类沙丘实验中的发现潜力,并与其他实验进行了比较。
2020-10-06 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Physics prospects with the second oscillation maximum at Deep Underground Neutrino Experiment
目前的长基线中微子振荡实验,如NO $ν$ A和T2 K主要对$ν_μ\to ν_e$振荡概率的第一个振荡最大值附近的物理敏感。未来的深地下中微子实验(DUNE)利用宽带波束调谐优化的CP破坏的灵敏度,完全覆盖的第一个最大值和第二个的一部分的区域。在本研究中,我们阐明了第二振荡最大值在解决有关问题的标准三味范式中的未知数的作用。我们考虑一个新的DUNE光束调谐优化的第二振荡最大值的区域,可以实现使用建议的加速器升级,提供多兆瓦的功率在质子能量为8 GeV的覆盖范围。我们发现,除了多MW 8 GeV光束的DUNE宽带运行导致适度的改善CP破坏的灵敏度,质量层次,八分圆的$θ_{23}$以及分辨率的$δ$和Jarlskog不变量。对DUNE中微子能量分辨率的显著改进在性能上产生了更大的改进。我们的结论是,标准的沙丘宽带光束时,加上优秀的探测器分辨率能力是足够的解决$δ$优于$\sim 12^\circ$的所有值的$δ$在十年的运行。对于与标准宽带(80 GeV2.2 MW)同步运行的第二极大(8 GeV3 MW)束流,在10年中的5年中,发现对于所有的$δ$值,$δ$都能比$\sim 10^\circ$更好地分辨。
2021-04-16 hep-ph
Prospects of five-dimensional $L_μ-L_τ$ gauge interactions in the light of elastic neutrino-electron scatterings: The scope of the DUNE near detector
Shiv Nadar Institution of Eminence(Shiv Nadar卓越机构)
本文探讨了五维L_μ-L_τ规范相互作用在中微子-电子弹性散射中的探测前景,分析了DUNE实验对MeV尺度未探索区域的贡献,强调了中间态规范玻色子干涉效应的重要性。
2026-04-19 hep-ex hep-ph
Prospects of light sterile neutrino searches in long-baseline neutrino oscillations
在三个活动中微子和一个轻惰性中微子的框架下,讨论了真空和物质中的中微子振荡几率。详细研究了DUNE、NO $ν$ A和T2 HK等长基线中微子实验中的再定相不变量和CP不对称观测量,并对四中微子振荡进行了研究。结果表明,在一定的能量范围内,物质效应显著地提高了电子中微子和电子反中微子出现通道的振荡几率,而对CP不对称性的分析则没有明显的改变.此外,有和没有无菌中微子的结果之间的分离并不那么显著,这也受到CP破坏相位的影响。比较这三个实验的结果,它们都有相似的特点,但在DUNE中的振荡概率的大小和分离稍大。
2020-06-15 hep-ph
Prospects of detecting cosmic ray up-scattered dark matter with DUNE
本文研究利用DUNE实验探测宇宙射线增能的亚GeV暗物质,发现其对自旋无关和自旋相关相互作用均具有与专用直接探测实验相当的灵敏度,提供关键优势。
2025-10-16 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Probing generalized neutrino interactions with the DUNE Near Detector
本文通过DUNE近探测器的弹性中微子-电子散射事件,结合蒙特卡罗模拟,研究了轻媒介子非标准相互作用的约束前景,表明费米实验室高强度中微子束流能提供超越低能中微子搜索和暗物质直接探测实验的竞争力约束。
2023-07-27 hep-ph
Light, Long-Lived $B-L$ Gauge and Higgs Bosons at the DUNE Near Detector
低能$U(1)_{B-L}$规范对称性是超越标准模型物理学中与中微子质量产生相关的一部分。我们表明,轻$B-L$规范玻色子$Z{'}$和相关的$U(1)_{B-L}$ -打破标量$φ$都可以有效地搜索在高强度的设施,如近探测器复杂的深地下中微子实验(DUNE)。没有标量$φ$,$Z{'}$可以在DUNE探测到高达1 GeV的质量,相应的规范耦合$g_{BL}$低至$10^{-9}$。在标量$φ$与$Z{'}$规范耦合的情况下,由于衰变$φ\to Z{'}Z{'}$的额外产生,DUNE发现规范玻色子$Z{'}$的能力可以显著提高,甚至在$g_{BL}$中提高一个数量级。DUNE的灵敏度在很大程度上是对其他长寿命的$Z{'}$搜索的补充,这些搜索是在FASER和SHiP等束流收集设施以及天体物理和宇宙学探测器上进行的。另一方面,与没有规范相互作用的情况相比,在存在$Z{'}$的情况下,在DUNE探测$φ$本身的前景在某种程度上被削弱。
2021-07-27 hep-ex hep-ph
Exothermic and Endothermic Inelastic Dark Matter Interpretations at LZ: Sideband Constraints and Future Prospects
Sam Houston State University(萨姆休斯顿州立大学);The University of Melbourne(墨尔本大学)
LZ实验在约250 keV处发现一个类核反冲事件,该研究提出放热非弹性暗物质可解释此事件,利用高能边带约束偏好轻暗物质,预测未来曝光的信号事件数,现有其他实验数据可检验该解释。
2026-09-07 hep-ph
Prospects for Light Dark Matter Searches at Large-Volume Neutrino Detectors
本文提出利用大体积中微子探测器中的宇宙线加速暗物质非弹性核散射来搜寻keV-GeV轻暗物质,并以暗规范玻色子门户模型证明该方法在大部分参数空间优于弹性散射。
2024-10-17 hep-ph
Pursuit for optimal baseline for matter nonstandard interactions in long baseline neutrino oscillation experiments
本文研究了在长基线中微子振荡实验中探测可能的物质非标准中微子相互作用(mNSI)强度的前景,以及轻子CP角$δ_{CP}$对mNSI耦合约束的干扰.发现在$ν_e \leftrightarrow ν_μ$和$ν_e \leftrightarrow ν_τ$跃迁的情况下干扰很强,但在其他情况下不显著。我们使用SPS和DUNE设置作为基准。
2017-10-03 hep-ph
Search for Semi-Annihilating Dark Matter with Fermi-LAT, H.E.S.S., Planck, and the Cherenkov Telescope Array
暗物质湮灭一直受到间接探测探测器无法观测到过量事件的严重限制。通常,决定湮灭的相互作用也存在于暗物质-核子散射截面中,这也受到直接探测实验的严重限制。半湮灭的出现是一种可能的方式,以改善紧张局势,甚至改变标准的暗物质遗迹密度计算。在这项工作中,我们推导出几个半湮灭通道,包括规范玻色子,希格斯玻色子,轻子和轻子的标量间接检测界限。我们的分析是基于矮球状星系(Fermi-LAT)和银河系中心(H.E.S.S.)方向的伽马射线观测,以及普朗克对宇宙背景辐射的测量。此外,我们得出的切伦科夫望远镜阵列(CTA)的灵敏度,所有这些半湮灭模式的前景。
2019-04-23 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
A Common $\sim$55 GeV Inelastic Dark Matter Origin of the LZ, Fermi-LAT, and AMS-02 Excesses and Paleo-Detector Prospects
Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences(中国科学院紫金山天文台);University of Science and Technology of China(中国科学技术大学)
本文提出轻子恐惧非弹性暗物质模型解释LZ实验2.6σ异常,并通过多信使分析和古探测器预测为该模型提供验证途径。
2026-10-08 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Investigating the collinear splitting effects of boosted dark matter at neutrino detectors
在简化的亲电子暗光子模型框架下研究了宇宙线助推的暗物质(DM)的探测前景。聚焦于keV $\sim $ MeV尺度附近的暗物质和暗光子质量,我们考虑从XENON 1 T和Super-K实验获得的边界。在计算XENON 1 T约束时,仔细考虑了电子束缚态效应。对于能量阈值相对较高的中微子探测器,通过引入DM部分子分布函数(PDF),考虑了质量和动量传递的尺度分级引起的大对数效应.在中微子探测器中,对数效应会降低DM散射的电子反冲率。此外,我们发现DUNE和JUNO实验提供了高灵敏度的探测暗光子成分的DM PDF通过暗康普顿过程。我们还检查了DM自散射截面上的子弹状簇约束。
2023-02-07 hep-ph
Searching for Low Mass Dark Portal at the LHC
质量小于约10 GeV的轻暗物质很难通过直接检测实验进行探测。为了获得正确的热遗迹丰度,暗物质与标准模型(SM)之间相互作用的介质也应该相对较轻,$\sim 10^2$ GeV。如果这样一个轻介体与带电轻子耦合,那么它已经受到对撞机直接搜索的强烈约束。在这项工作中,我们考虑了轻子的轻$Z'$矢量玻色子作为介质的情况下,并研究了在8 TeV的大型强子对撞机(LHC)上寻找它的前景。为了提高在低质量区的可达性,我们详细研究了$Z'$与喷流、光子、$W^\pm$和$Z^0$联合产生的过程。我们表明,在该地区的质量$Z'$是80和400 GeV之间,从相关的生产约束可以媲美,甚至比已知的单喷流和双喷流约束。在这些通道中的搜索可以与单喷流搜索互补,特别是如果$Z'$与夸克($g_{Z'}$)和暗物质($g_D$)的耦合不同。对于$g_D < g_{Z'}$,我们表明,有一个更大的区域的参数空间,有正确的热遗迹丰度和轻$Z'$,$M_{Z'} \sim 100 $ GeV。单喷流搜索不能覆盖的区域,本文所述的共振搜索可以覆盖。
2012-12-10 hep-ph
What's the (Dark) Matter with Cosmological Bubbles?
尽管现代宇宙学和粒子物理学取得了巨大的成功,但它们仍有许多未解之谜。其中最大的两个是宇宙重子不对称性的起源和暗物质的存在和性质。在本论文中,作者从不同的角度对这些问题进行了探讨。论文的第一部分是关于宇宙学的一级相变,可能发生在大爆炸后不久。这种转变通过真真空气泡的成核和膨胀进行,并产生丰富的现象学。基于大序参量暗相变边界的非平衡动力学,提出了一种同时解释重子非对称性和暗物质的机制.同一类的相变,在小暗物质汤川耦合的参数制度,导致生产的原始黑洞通过压缩的等离子体在收缩的假真空区域,作者证明了一个复杂的数值模拟。在关于宇宙学相变的第三个项目中,作者研究了亚MeV隐藏扇区的可能性,这些扇区与剩余的等离子体解耦,并且足够冷,可以与宇宙学约束相协调,但同时产生了气泡碰撞过程中产生的可检测的引力波谱。在论文的第二部分中,作者评估了在DUNE近探测器上进行新的物理搜索的前景,重点是DUNE-PRISM概念,它建议在不同的轴上和轴外位置进行连续测量。这种设置实现了改善的信号背景比,并降低了系统的不确定性。
2023-01-13 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino non-radiative decay in matter: constraints and prospects
本研究利用SN1987A数据推导中微子-Majoron耦合新约束,结合未来探测器与超新星模拟给出耦合约束展望,并首次指出物质中中微子衰变对漫射超新星中微子背景的黑洞贡献有显著影响。
2025-07-29 astro-ph.SR hep-ex hep-ph
Light dark matter in neutrino beams: production modelling and scattering signatures at MiniBooNE, T2K and SHiP
分析了MiniBooNE、T2 K、SHiP、DUNE等中微子实验中产生的亚GeV轻暗物质的探测前景,提出了一个改进的产生模型,当暗物质通过暗光子或重子矢量介质耦合到强子态时,引入暗矢量的韧致辐射。除了弹性散射,我们还研究签名的光暗物质经历深非弹性或准弹性NC $π^0$ -类散射的检测器产生中性π介子,这对于某些实验可能提供最佳的灵敏度。一个广泛的附录提供了一个公开可用的模拟工具{ \tt BdNMC}的文档,可以应用于确定隐藏的部门暗物质的生产和散射率在一系列质子固定目标实验。
2017-01-30 hep-ex hep-ph
Dark matter signals from timing spectra at neutrino experiments
我们提出了一种新的策略来寻找新的物理在时间谱,设想的情况下,一个新的粒子来自其较重的合作伙伴的衰变与有限的粒子宽度。由探测器处的暗物质粒子散射引起的事件的时序分布可以在相对窄的范围内填充,形成“共振状”形状。由于该结构特征,信号可以与背景隔离,特别是当背景在能量和时间上均匀分布时。为了证明这一原理,我们研究了相干实验中暗光子衰变发现暗物质的可能性,并展示了利用该实验探索相关参数空间的令人兴奋的前景。我们分析了现有的CsI探测器的数据与时间削减和能量削减,并发现,第一次,在时间分布,这可以解释这样的暗物质过剩。我们比较了当前和未来COHERENT实验的动力学混合参数($ε$)的灵敏度与LDMX和DUNE的预计限制。
2020-02-29 hep-ex hep-ph
Axion-like particle (ALP) portal freeze-in dark matter confronting ALP search experiments
本文研究非标准宇宙学中通过ALP门户的紫外冻结暗物质产生,发现更快膨胀可允许更强的可见-暗扇区耦合,从而提升FASER、DUNE和SHiP等实验对冻结暗物质的探测前景。
2023-12-05 hep-ph
New Constraints on Neutrino-Dark Matter Interactions: A Comprehensive Analysis
Washington University(华盛顿大学);Johannes Gutenberg-Universität Mainz(美因茨约翰内斯·古腾堡大学);University of South Dakota(南达科他大学);Texas A&M University(德克萨斯农工大学);University of Maryland, College Park(马里兰大学帕克分校);University of Oklahoma(俄克拉荷马大学);Southeast University(东南大学);Peking University(北京大学)
在简化模型框架下,推导中微子与标量、费米子和矢量暗物质的微分散射截面的精确解析公式,综合宇宙学、天体物理和实验室约束,发现先前研究中大多数可观测中微子-暗物质相互作用的基准点已被排除,并以银河系超新星中微子为例说明观测困难,同时提出新的基准点用于未来实验。
2026-06-23 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Prospects for Beyond the Standard Model Physics Searches at the Deep Underground Neutrino Experiment
深层地下中微子实验(DUNE)将成为各种物理学主题的有力工具。高强度的质子束提供了一个大的中微子通量,由一个近探测器系统和一个位于地下深处的大规模远探测器系统采样,近探测器系统由一组有能力的精密探测器组成。这种配置将DUNE设置为一台发现机器,因为它不仅提供了进行精确中微子测量的机会,从而可能发现与当前三味混合范式的偏差,而且还发现了新粒子并揭示了超出预测的新相互作用和对称性。标准模型(SM)。在DUNE将探索的诸多超越标准模型(BSM)的潜在问题中,本文介绍了DUNE对无菌中微子混合、重中性轻子、非标准相互作用、CPT对称性破坏、洛伦兹不变性破坏、中微子三叉戟产生、来自束源和宇宙起源源的暗物质、重子数破坏、和其他新的物理学课题,补充那些在高能对撞机和显着扩大目前的范围。
2021-04-24 hep-ex hep-ph