Importance of upgraded energy reconstruction for direct dark matter searches with liquid xenon detectors
液态氙暗物质搜寻实验所采用的通常的核反冲能重建仅依赖于初级闪烁光子信号。基于光子和电子信号的能量重建产生搜索结果的更准确的表示。对于质量为m~10 GeV的暗物质粒子，在典型搜索框的左下角更有可能观察到散射事件的核反冲，而不是在核反冲校准质心附近。在搜索框的这个区域，实际的核反冲能比通常的能量标度小，大约是x2的一个因子。最近的搜索结果从XENON 100实验进行了讨论，根据这些考虑。
2012-10-18 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
EFT Interpretation of XENON1T Electron Recoil Excess: Neutrinos and Dark Matter
我们研究了标量单重态扩展的暗物质有效场论中XENON 1 T电子反冲过剩。我们面对它与各种天体物理和实验室的限制，在一般的设置和更具体的，最近提出的，与亲轻子$Z_2$奇介质的变体。后者还通过抑制的$Z_2$破缺为轻子提供质量，这种结构与观察到的过剩的性质非常吻合，离散对称性导致了非标准的暗物质相互作用。我们发现，过剩可以解释中微子-电子相互作用，与中微子和电子质量，而暗物质-电子散射不会导致统计上显着的改善。我们分析了参数空间的异常，并找到严重的限制，只能避免在某些角落的参数空间。大爆炸核合成的电子耦合的潜在问题边界可以通过新标量扇区中的后期相变来规避。
2021-02-23 hep-ex hep-ph
Inelastic Dark Matter Electron Scattering and the XENON1T Excess
探测暗物质（DM）的电子反冲可以揭示暗区的结构。我们考虑这样一种情况：较重的DM粒子非弹性地散射电子并转化为较轻的DM粒子。两个DM粒子之间的小质量差被转换成电子反冲能量。考虑到原子结构，我们研究了大质量暗光子介导的DM-电子相互作用，并计算了DM的非弹性散射率。结果发现，散射率显着增强，因为小的质量分裂，这使得一个小的动量转移匹配的电子波函数的大小。我们发现，存在一个可行的参数空间，解释了过量的电子反冲事件约2-3千电子伏最近报道的XENON 1 T实验。
2020-08-28 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Nuclear recoil energy scale in liquid xenon with application to the direct detection of dark matter
我们第一次表明，在液体氙中的核反冲的电子激发的淬灭是很好地描述了Lindhard理论，如果核反冲能量重建使用的组合（闪烁和电离）的能量尺度提出的Shutt { \it et al.}。我们主张通过这种观点，有利于现有的偏好重建核反冲能完全从初级闪烁。我们表明，信号划分成闪烁和电离是很好地描述了由Mesquas-Imel盒模型。我们讨论了直接探测暗物质的液体氙探测器的影响。
2011-01-31 astro-ph.IM hep-ph
Resolving XENON Excess With Decaying Cold Dark Matter
我们提出了一个衰变的冷暗物质模型来解释在XENON 1 T实验中观察到的过量电子反冲。在这种情况下，从母暗物质衰变的子暗物质很容易获得足够大的速度，以饱和的电子反冲能量的峰值约2.5 keV，和观测到的信号率可以满足母暗物质的质量为10-200 MeV和寿命大于宇宙的年龄。通过对暗物质探测、宇宙微波背景和大尺度结构实验的验证，我们发现该模型与实验极限是一致的。
2021-05-19 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Mirror Dark Matter and Electronic Recoil Events in XENON1T
最近，XENON1T实验报告了在电子反冲光谱中可能检测到过量。这样的过度可能表明新物理学的存在。在这项工作中，我们认为镜电子与普通电子通过光子$-$镜光子动力学混合与参数$ε\sim 10^{-12}(n_{\rm e'}/0.2{\rm cm^{-3}})^{-1/2}({v_{\rm c}^0/5\times 10^{9}~{\rm cm~s^{-1}}})^{1/2}$的散射可以解释过量的电子反冲事件在XENON 1T，其中$n_{\rm e'}$是镜电子的密度和$v_{\rm c}^0$是截止速度的镜电子到达地球。有趣的是，解释XENON1T电子反冲谱过剩的这个参数与Darkside50的约束是一致的。
2021-08-16 astro-ph.HE hep-ph
Atmospheric neutrinos in a next-generation xenon dark matter experiment
我们研究了未来氙和氩基暗物质和中微子探测实验对低能大气中微子的敏感性。不考虑实验背景，识别大气中微子引起的核反冲的主要障碍是由于$pp$太阳中微子引起的电子反冲分布的尾部。我们用NEST程序模拟了氙探测器中的太阳和大气中微子信号，发现700吨年的曝光将产生大气中微子的$5σ$探测。我们探讨了不同的探测器性能的影响，并发现一个足够长的电子寿命是必不可少的成功这样的测量。
2020-02-20 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Inelastic from the Other Side: Xenon Excitation Signals in Light of the LZ High-Recoil Event
Nanjing Normal University（南京师范大学）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Xinjiang University（新疆大学）
本研究针对LZ实验报告的高反冲事件，采用NREFT框架计算非弹性氙速率，模拟其探测器响应，构建背景模型并分析，发现该伴随道需更大曝光量才可观测，扩展了暗物质现象学范围。
2026-09-07 hep-ex hep-ph
A coherent understanding of low-energy nuclear recoils in liquid xenon
液体氙探测器，如XENON10和XENON100，通过寻找仅几keV的核反冲（略高于探测器阈值），获得了对光（<10 GeV）粒子暗物质的灵敏度的很大一部分。然而，在这种能量状态下，探测器阈值和分辨率的正确处理仍然不清楚。液体氙的闪烁产额对核反冲的能量依赖性也严重影响探测器的灵敏度，但许多测量都没有成功地获得一致的结果。在本文中，我们表明可以利用检测到的电离与闪烁的比率来限制闪烁产率。我们还提出了一个严格的处理液体氙探测器的阈值和能量分辨率。值得注意的是，有效能量分辨率与简单的泊松分布显著不同。我们的结论与计算的暗物质排除限制，并表明，现有的数据从液体氙探测器强烈约束最近的解释轻暗物质。
2010-09-07 astro-ph.IM hep-ph physics.ins-det
Low-energy electronic recoil in xenon detectors by solar neutrinos
太阳中微子在多吨氙探测器中引起的低能电子反冲是一个重要的研究课题，不仅因为它是直接寻找弱相互作用大质量粒子（WIMPs）的不可约背景源，而且因为它提供了一种可行的方法来测量太阳$pp$和$^{7}\textrm{Be}$中微子，使之达到当前标准太阳模型预测的精度水平。在这项工作中，我们进行$\textit{ab initio}$多体计算的结构，光电离，和中微子电离的氙。结果表明，在低反冲能下，原子束缚效应对中微子-电子散射截面有相当大的抑制作用。与以前基于自由电子图像的计算相比，在相同的探测器配置下，我们计算的电子反冲事件率降低了约$25\%$。本文给出了氙探测器在100 eV - 30 keV能窗内的电子反冲率谱，并讨论了它对低能太阳中微子探测（作为信号）和WIMP搜寻（作为背景源）的意义。
2016-10-19 hep-ex hep-ph nucl-ex
Direct detection of finite-size dark matter via electron recoil
本研究探讨通过电子反冲直接探测不同半径的puffy DM粒子，发现大半径粒子的散射截面约束弱于XENON实验现有排除限，而小半径粒子约束与类点状DM相似。
2023-09-13 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
XENON1T implications for the DAMA annual modulation: The good, the bad and the ugly
先前的工作认为DAMA年度调制信号可能是由于等离子体暗物质模型中的电子反冲。作者提出了一个假设镜像暗物质并具有地球束缚暗物质对探测器的碰撞屏蔽的具体模型[arXiv：1806.04293]。这种解释预测了氙1T实验中的低能电子反冲信号。鉴于在XENON1T中观察到的过量电子反冲，我们重新检查了该模型对DAMA和XENON1T的预测。
2020-11-05 hep-ph
XENON10/100 dark matter constraints: examining the Leff dependence
从液态氙直接探测实验中确定暗物质的限制取决于探测器中核反冲产生的闪烁光的量，该量的特征在于闪烁效率因子Leff。我们研究如何在低反冲能量（测量不存在）的Leff和Leff的外推行为的测量的不确定性影响的约束，如XENON10和XENON100的实验，特别是在光的WIMP区域的DAMA和CoGeNT的实验结果的兴趣。
2010-12-17 astro-ph.CO hep-ph
Neutron disappearance and the LZ nuclear recoil event
The University of Osaka（大阪大学）；Università di Pisa（比萨大学）
LZ实验的248 keV核反冲事件被解释为束缚中子消失，可能是自发衰变或暗物质诱导，其反冲谱和约束条件取决于能量释放大小及阈值条件。
2026-09-09 hep-ex hep-ph
Comments on arXiv:1006.0972 "XENON10/100 dark matter constraints in comparison with CoGeNT and DAMA: examining the Leff dependence"
Savage等人最近提出，XENON 10实验的结果与DAMA/LIBRA和CoGeNT实验区域的总体不相容。在这个简短的说明中，这个错误结论的来源是对氙10在探测低能核反冲的S1光时的效率的误解。
2010-06-09 astro-ph.CO hep-ex 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
Prospects of Migdal Effect in the Explanation of XENON1T Electron Recoil Excess
XENON1T实验最近宣布，在$1-7$ keV的能量范围内观察到过量的电子反冲事件，其$3.5~σ$信号显著性超过标准模型的预测。在这封信中，我们勾勒出的前景，解释这样一个多余的米格达尔电离事件低于阈值核反冲能量。有趣的是，这些预计将显示信号事件的棒球场能量规模的观察到的过剩。我们证明，所观察到的信号可以通过Migdal效应再现的$\mathcal{O}(1)$ GeV亲中子暗物质具有自旋相关的耦合与核。一个更乐观的情况下，探索米格达尔电离驱动的MeV尺度提升的暗物质。
2020-10-24 astro-ph.HE hep-ph
Accurate electron-recoil ionization factors for dark matter direct detection in xenon, krypton and argon
本文计算了氩、氪和氙中暗物质诱导电子电离的原子因子并给出表格化结果，涵盖多种电子耦合类型，同时检验了计算精度并展示了XENON1T事件率对低能响应建模的依赖。
2023-05-09 astro-ph.CO hep-ph physics.atom-ph
Annual modulation of event rate and electron recoil energy in inelastic scattering direct detection experiments
2020年，XENON 1 T实验观测到电子反冲能量$E_R$在$2\,$ - $\,3\,$ keV范围内的事件过多。这种过剩可能来自各种各样的来源，比如太阳轴子或中微子磁矩，也可能来自暗物质从氙原子上的非弹性散射。电子的反冲能则取决于暗粒子的质量差。在本文中，我们表明，事件率和电子反冲能量的年度调制提供了重要的额外信息，可以区分不同的理论解释的信号。为此，我们首先扩展的形式主义的年度调制电子反冲，非弹性暗物质散射和电子反冲能量。然后，我们研究了一个具体的理论模型与两个狄拉克费米子和一个暗光子。我们考虑到所有相关的宇宙学和实验的限制，这个模型，并将其应用到XENON 1 T和XENONnT实验与现实的检测阈值，效率和能量分辨率，拟合模型的主要物理参数，即质量分裂和电子散射截面。从每年调制的信号速率和电子反冲能量的额外信息的歧视性权力，然后证明XENONNT与基于这些主要物理参数的简化模型。与纯时间调制分析相比，这种更敏感的方法也可以作为其他具有不同暗物质候选者、介质和宇宙学的理论模型的模板。对于具有两个狄拉克费米子的$U(1)$模型，考虑到信号率和反冲能的年变化，可以更快更精确地确定自由模型参数。
2022-07-18 hep-ph
Constraints on electron-scattering interpretation of XENON1T excess
最近，XENON 1 T实验已经观察到在$1$ - $7$ keV的反冲能量范围内的电子反冲数据过量。最受欢迎的新物理解释之一是电子与速度为$\sim 0.1$、质量为$\gtrsim 0.1\,\mathrm{MeV}$的助推粒子的散射。如果这样的粒子与电子有强相互作用，它可能会影响宇宙学的标准场景，或者在低阈值直接探测实验中被观察到。我们研究了各种约束，主要集中在那些从大爆炸核合成，超新星冷却，和直接检测实验。我们讨论的影响，这些限制的电子散射解释的XENON 1 T过剩。
2020-10-13 astro-ph.CO hep-ph
Pseudo-Dirac Dark Matter in XENON1T
XENON 1 T暗物质实验最近报告了0.65吨/年的电子反冲曝光测量，这表明$2\sim 3$ KeV反冲超过探测器背景。在本文中，我们提出了一个伪狄拉克的暗物质的情况下，通过非弹性暗物质-电子散射来解释过剩。由于伪狄拉克暗物质的两个组分之间存在KeV尺度的质量分裂，轻微激发的组分可以在电子上向下散射。所需的暗物质质量约为10 GeV，具有4 KeV的质量分裂和与电子的统一耦合，这产生了观察到的XENON 1 T反冲事件，给出了适当的暗物质遗迹丰度，并满足对撞机搜索限制。
2020-06-29 hep-ph
GeV Scale Inelastic Dark Matter with Dark Photon Mediator via Direct Detection and Cosmological/Laboratory Constraints
提出了一种新的GeV尺度的非弹性暗物质（DM）候选体.我们的结构具有无反常的$U(1)_X^{}$规范群和暗光子介体，可以实现标量或费米子非弹性DM。它具有高度的预测性和可测试性。我们在XENON 1 T实验中研究了光非弹性DM与电子的散射率，在XENON 1 T，CRESST-III，CDEX-1B和DarkSide-50实验中研究了光非弹性DM与原子核的散射率。我们通过电子反冲探测解决了最近的XENON 1 T异常。结合电子反冲和核反冲（包括Migdal效应）的XENON 1 T约束，我们预测了DM的非弹性质量$\lesssim 1.5$ GeV.我们进一步分析了DM遗迹丰度的界限，较重的DM组件的寿命，和实验室的限制，从中我们确定可行的参数空间，为未来的探测。这为GeV尺度非弹性DM的理论和实验验证提供了重要的基准。
2022-01-01 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Plasma dark matter and electronic recoil events in XENON1T
暗物质可能以暗等离子体的形式存在于银河系晕中。具体地说，我们在这里考虑一个隐藏的部门组成的轻“暗电子”和一个更重的“暗质子”，每一个收费下一个完整的$U(1)'$规范对称性。这些自相互作用的暗扇区粒子也可以通过动力学混合相互作用与普通物质相互作用，并在暗物质直接探测实验中产生信号。事实上，keV电子反冲可以很自然地出现在这样的模型从暗电子散射松散的原子电子。在这里，我们研究了最近报道的XENON1T过量的背景下，这样的等离子体暗物质模型。我们发现，如果动力学混合在大约范围内：$10^{-12} \lesssim ε\lesssim 10^{-10}$，则可以解释观察到的过量。允许的参数空间是一致的天体物理学和宇宙学的限制，也与其他直接检测实验。
2020-07-30 hep-ph
New Constraints and Prospects for sub-GeV Dark Matter Scattering off Electrons in Xenon
我们详细研究了亚GeV的暗物质对氙中电子的散射，包括预期的电子反冲谱和周年调制谱。我们得到改进的约束，使用低能量的XENON 10和XENON 100电离的数据。对于XENON 10，除了包括对应于大约$1-3$电子的电子反冲数据之外，我们还首次包括了具有$\gtrsim 4$电子的事件。假设散射是动量无关的，这加强了以前的横截面的约束，几乎一个数量级的暗物质质量超过50兆电子伏。可用的XENON 100数据对应于具有$\gtrsim 4$电子的事件，并且导致与XENON 10绑定在50 MeV以上的约束相当的约束。我们证明，在即将到来的氙实验（XENON 1 T，XENONNT，LZ）的年度调制信号的搜索可以大大提高上述界限，即使在大背景的存在下。我们还强调，在亚GeV暗物质的简单基准模型中，暗物质-电子散射率可以高达XENON 1 T（XENONNT或LZ）实验中每十（两）秒发生一次事件，而不会与任何其他已知的实验界限相冲突。虽然有几种背景源可以产生单电子或少电子事件，但大事件率可能与暗物质信号一致，不应该简单地将其视为纯粹的探测器好奇心。这一事实激发了对仅电离（“仅S2”）数据的详细分析，同时考虑到信号速率的预期年度调制谱以及DM诱导的电子反冲谱，这是信号和背景之间的另一个强有力的判别。
2017-03-02 astro-ph.CO hep-ph
Exothermic dark mesons in light of electron recoil excess at XENON1T
在近似味对称的极限下，我们考虑了一种新的机制来实现暗量子色动力学中的放热暗物质和暗介子。我们引入了一个局部的暗$U(1)'$对称性，通过$Z'$门户部分测量暗味对称性与味相关的费用，以消除手征异常的暗扇区之间的暗介子和标准模型的通信。暗局域$U(1)'$被暗Higgs粒子的VEV自发破缺后，暗夸克之间出现了小的质量分裂，从而导致暗介子的小质量分裂，提出了一个基于$SU(3)_L\times SU(3)_R/ SU(3)_V$味对称性和$SU(N_c)$色群的分裂暗介子基准模型，结果表明，存在一个参数空间，使一个更好的拟合XENON1T的数据与两个相关的峰从放热过程，并满足正确的遗物密度，目前的实验和理论约束。
2021-04-06 hep-ph
A systematic investigation on dark matter-electron scattering in effective field theories
本文在有效场论框架下系统研究了暗物质-电子相互作用，涵盖标量、费米子和矢量三种暗物质情形，构建了相对论与非相对论算符并推导散射率，利用XENON10、XENON1T和PandaX-4T数据对亚GeV暗物质质量设定了强约束。
2024-07-22 hep-ex hep-ph
Sun Heated MeV-scale Dark Matter and the XENON1T Electron Recoil Excess
XENON1T合作报告了1至7 keV之间的低能电子反冲事件。我们探索的可能性来解释这样的异常由MeV级的暗物质（DM）加热的太阳内部由于相同的DM-电子相互作用的检测器。被加热的DM粒子的动能可以达到几keV，并且可以潜在地解释XENON1T检测到的过量信号。我们研究了不同的形状因子的DM-电子相互作用，$F(q)\propto q^i$与$i=0,1,2$和$q$是动量交换，并发现，对于所有这些情况下，太阳加热的DM组件的列入提高了适合的XENON1T数据。推断的DM-电子散射截面（在$q=αm_e$处，其中$α$是精细结构常数，$m_e$是电子质量）为从$\sim 10^{-38}$~cm $^2$（对于$i=0$）到$\sim 10^{-42}$~cm $^2$（对于$i=2$）。我们还推导出不同形状因子的DM-电子横截面的约束，这是强于以前的结果与类似的假设。我们强调，太阳加热的DM方案依赖于DM模型的最小假设，这是通过DM-电子相互作用的XENON1T异常的一般解释。与其他助推DM相比，太阳加热DM的光谱通常较软，因此预计在这种情况下会有大量的小反冲事件。更灵敏的直接探测实验与较低的阈值可能区分这种情况下，与其他增强DM模型或太阳轴子模型。
2021-05-04 hep-ph
Exothermic Dark Matter for XENON1T Excess
受最近XENON1T实验中电子反冲的过度激发，我们考虑了放热暗物质的可能性，它由两个具有质量分裂的态组成。较重的状态向下散射电子进入较轻的状态，即使对于暗物质的标准麦克斯韦速度分布，氙过剩也需要适当的反冲能量。因此，我们确定的质量差的两个组件状态的暗物质的峰值电子反冲能量在约$2.5\,{\rm keV}$高达检测器的分辨率，占反冲事件超过$E_R=2-3\,{\rm keV}$，这是最显着的。我们包括相空间增强和原子激发因子的影响，以计算所需的散射截面的氙过剩。我们讨论的影响，暗物质相互作用的有效理论放热暗物质和大量的$Z'$调解人，并提供实现所需的暗物质和电子耦合到$Z'$微观模型。
2020-11-19 hep-ph
Explaining the XENON1T excess with Luminous Dark Matter
我们表明，在XENON 1 T实验中看到的电子反冲事件的过剩可以解释相对低质量的发光暗物质候选人。暗物质在探测器（或周围的岩石）中非弹性地散射，以产生具有~2.75 keV质量分裂的更重的暗态。然后，这个较重的状态在探测器内衰变，在电子反冲光谱中产生一个峰值，这与观察到的过量非常吻合。我们评论了未来直接探测数据集将该模型与其他超越标准模型的场景区分开来的能力，以及与可能的氚背景区分开来的能力，包括使用昼夜调制，多通道信号等。作为这个场景的可能的区别特征。
2020-10-14 astro-ph.CO hep-ph
The ups and downs of inelastic dark matter: Electron recoils from terrestrial upscattering
对暗物质粒子和电子之间相互作用的兴趣日益增长，由于在XENON1T实验中观察到电子反冲事件过量而得到了进一步的推动。特别令人感兴趣的是暗物质模型，其中散射过程是非弹性的，使得基态可以向上散射成激发态。这种激发态在电子上的随后的放热向下散射可以导致在直接检测实验中可观察到的信号，并且给出了与XENON1T过量的良好拟合。在这项工作中，我们研究地球上的上散射，即在地球上的原子核上的暗物质粒子的非弹性散射，作为这种激发态的一个合理的起源。使用分析和蒙特卡罗方法，我们得到详细的预测其密度和速度分布。这些结果使我们能够探索地球自转引起的激发态通量的时间依赖性。对于XENON1T的情况下，我们发现，由此产生的电子反冲信号的日常调制是在10%的水平与强烈的依赖于暗物质质量。
2022-03-30 astro-ph.CO hep-ph
New light mediators and the neutrino fog: Implications from XENONnT nuclear recoil data
Instituto de Física Corpuscular (IFIC), CSIC-Universitat de Valéncia（粒子物理研究所（IFIC），西班牙科学研究中心-巴伦西亚大学）；Indian Institute of Science Education and Research - Bhopal（印度科学教育与研究学院-博帕尔分校）
利用XENONnT的最新核反冲数据，研究新标量、矢量或轴矢量相互作用（重或轻介质）如何修改中微子雾，并导出对轻介质耦合的强约束，发现介质耦合到暗物质时约束更严格，且中微子雾形态可被显著改变。
2026-05-27 hep-ph
Decaying fermionic warm dark matter and XENON1T electronic recoil excess
根据最近观测到的XENON1T电子反冲（ER）数据，我们研究了限制一般费米温暗物质（WDM）的参数空间，衰变为标准模型（SM）中微子和光子的可能性.作为衰变产物的光子，当在XENON1T腔室内产生时，与氙（Xe）原子的电子相互作用，导致对观察到的ER数据的贡献。我们将这个暗物质（DM）诱导的信号添加到XENON1T协作考虑的标准背景（$\rm B_0$）上，并对XENON1T数据进行$χ^2$拟合，以获得DM衰变宽度的最佳拟合值和相关的$95\%$置信水平（C.L.）DM质量谱带（$m_χ$）在$2 - 60$ keV范围内变化。此外，我们已经扩展了我们的分析，包括其他两个背景模型在文献中，在每种情况下，相应的限制DM衰变宽度估计DM质量（$m_χ$）域$2 - 18$千电子伏。通过比较XENON1T数据拟合得到的约束条件与现有各种天体物理学和宇宙学观测的上限，我们发现，对于背景模型$\rm B_0$，在$95\%$ C. L.对于范围$3.5\,{\rm keV} \lesssim m_χ\lesssim 8.5\,{\rm keV}$之外的DM质量。然而，在其他两种背景模型的情况下，DM参数空间的合理部分在$95\%$ C. L.处更受青睐。所有天体物理数据的所有DM质量范围$2 - 18$ keV。
2021-08-03 astro-ph.HE hep-ph
Atmospheric Dark Matter and Xenon1T Excess
最近，Xenon1T合作报告了一个有趣的电子反冲过剩，这可能意味着轻暗物质。为了解释这一异常现象，我们提出大气暗物质（ADM）来源于宇宙射线（CR）与大气的非弹性碰撞。由于高能量CRs的增强效应，我们表明，光ADM可以快速移动，并成功地符合所观察到的电子反冲光谱通过ADM-电子散射过程。同时，我们的ADM预测散射截面$σ_e \sim {\cal O}(10^{-38}- 10^{-39}$）cm $^{2}$，从而可以避免其他直接检测的限制。寻找轻介子稀有衰变，如$η\to π+ \slashed E_T$，将为我们的ADM提供一个补充探针。
2020-11-20 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on inelastic dark matter from XENON10
有人认为，从探测器靶核非弹性散射的暗物质粒子可以解释DAMA调制信号（解释为粒子暗物质的证据）与CDMS-II和XENON 10的零结果的明显不相容性。在非弹性相互作用的暗物质的预测是一个低能量事件的抑制，并在更高的核反冲当量能量的核反冲事件的人口。这与众所周知的弹性相互作用情况下下降指数谱的预期形成鲜明对比。我们提出了一个新的分析氙10暗物质搜索数据扩展到E $_{nr}=75$ keV核反冲当量能量。我们的结果排除了一个显着的区域，以前允许的参数空间中的非弹性相互作用的暗物质的模型。特别是，发现暗物质粒子质量$m_χ\gtrsim150$ GeV是不利的。
2010-11-30 astro-ph.CO hep-ph
Explaining The XENON1T Excess With Light Goldstini Dark Matter
在具有独立破缺超对称的多重扇区的情况下，预测了多重Goldstini。我们提出了一个新的解释，在2-7千电子伏的电子反冲过剩的XENON 1 T实验中观察到的非常长寿的goldstini DM弹性散射的电子。另一个接近简并的（长寿命的）戈尔茨坦DM的晚期衰变可以增强戈尔茨坦DM，它们之间微小的质量差被转化为较轻的戈尔茨坦DM和中微子的动能。我们表明，可行的参数空间可以找到它可以解释的过量的电子反冲事件约2-3千电子伏最近报道的XENON 1 T实验。
2020-07-20 hep-ph
Pico-charged particles explaining 511 keV line and XENON1T signal
有一个强大的信号为511千电子伏的光子线从银河系的中心，这可能源于暗物质粒子的质量为几兆电子伏。为了避免延迟复合的边界和矮星系中没有线的情况，在2017年，我们提出了一个模型，其中暗物质首先衰变为一对中间的pico带电粒子$C\bar{C}$，其寿命远远大于宇宙的年龄。银河系磁场积累了相对论性的$C\bar{C}$，最终湮灭，产生了$e^-e^+$对，产生了511 keV的谱线。相对论性微微带电的$C$粒子可以散射在直接暗物质搜索探测器内的电子上，从而赋予$E_r \sim$ ~keV的反冲能量。我们表明，这个模型可以解释最近报道的XENON 1 T实验的电子反冲过剩。此外，我们表明，XENON 1 T电子反冲数据集的暗物质的寿命在这个模型中最严格的约束。
2021-07-08 hep-ph
Direct detection of solar chameleons with electron recoil data from XENONnT
University of Trento（特伦托大学）；Trento Institute for Fundamental Physics and Applications (TIFPA)-INFN（特伦托基础物理与应用研究所（TIFPA）-意大利国家核物理研究所）；University of Cambridge（剑桥大学）；Kavli Institute for Cosmology (KICC), University of Cambridge（剑桥大学卡弗里宇宙学研究所）；Universidad de Zaragoza（萨拉戈萨大学）；Centro de Astropartículas y Física de Altas Energías, Universidad de Zaragoza（萨拉戈萨大学高能天体粒子物理中心）；University of Salerno（萨莱诺大学）；INFN Sezione di Napoli, Gruppo Collegato di Salerno（意大利国家核物理研究所那不勒斯分部萨莱诺协作组）；Technische Universität Dortmund（多特蒙德工业大学）
基于XENONnT电子反冲数据，通过考虑Primakoff效应主导的产生机制，对太阳变色龙粒子进行直接探测，并给出耦合参数的有效上限。
2026-05-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ex
Hidden Photon Dark Matter in the Light of XENON1T and Stellar Cooling
XENON1T中的低能电子反冲光谱为潜在的新物理学提供了一个有趣的线索。与此同时，与标准模型的粒子含量相比，对水平分支恒星的观测更倾向于存在少量的额外冷却。在这篇文章中，我们认为，一个隐藏的光子与质量的$\sim 2.5$ keV和动力学混合的$\sim 10^{-15}$允许一个很好的适合这两个过剩。在这种情况下，在XENON1 T中检测到的信号是由于隐藏的光子暗物质粒子的吸收，而水平分支恒星的异常冷却则是由于恒星内部隐藏光子的共振产生。
2020-09-18 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
The unbearable lightness of being: CDMS versus XENON
CDMS-II合作组报告了3个在硅探测器中发生的事件，这些事件与银河系暗物质粒子散射引起的核反冲一致，这些粒子的质量约为8.6 GeV，中子截面约为2 x 10^-41 cm ^2。虽然XENON 10实验的先前结果被认为排除了暗物质等粒子，但我们通过重新分析XENON 10数据发现情况并非如此。然而，XENON 100实验的上限仍然存在一些张力，独立于银河系暗物质分布的天体物理学不确定性。我们探索可能的方式来改善这种紧张局势，通过改变暗物质相互作用的性质。然而，即使使用标准耦合，轻暗物质与CDMS和氙10/100都是一致的。
2013-07-01 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Re-examining the Solar Axion Explanation for the XENON1T Excess
XENON 1 T合作已经观察到在$5~\mathrm{keV}$以下的电子反冲事件超过已知的背景，这可能源于超越标准模型的物理学。太阳轴子是一个动机很好的模型，被提出来解释过剩，尽管它与天体物理观测有矛盾。来自太阳的轴子可以通过轴子-电子耦合被氙原子中的电子吸收。同时，它们也可以通过轴子-光子耦合的逆Primakoff过程与原子散射，从而发射光子并模拟电子反冲信号。我们发现后一个过程不能忽视。在探测中包括通过逆Primakoff产生的$\rm{keV}$光子之后，与天体物理约束的紧张关系可以显著降低。我们还探讨了涉及额外的新物理的方案，以进一步缓解与天体物理界的紧张局势。
2020-12-24 hep-ex hep-ph
Observing the Migdal effect from nuclear recoils of neutral particles with liquid xenon and argon detectors
近年来，暗物质直接探测实验激发了人们对米格达尔效应的兴趣，在米格达尔效应中，它被用来将灵敏度扩展到较低的暗物质质量。由于缺乏对米格达尔效应的观测，信号的计算受到很大的理论不确定性的影响。因此，希望尝试对米格达尔效应进行第一次测量，并测试米格达尔效应的理论预测，以校准对潜在暗物质信号的实验响应。在这项工作中，我们探讨的可行性，观察在氙和氩的Migdal效应。我们对来自过滤源的低能中子进行了概念验证计算，并使用反应堆，Spanish中子源或$^{51}$ Cr作为潜在的中微子源。我们进行探测器模拟氙目标，并发现，与现有技术，低能量中子源是最有前途的，只需要一个温和的中子通量，探测器的大小，和曝光时间。
2022-04-27 hep-ph physics.ins-det
New constraints and discovery potential of sub-GeV dark matter with xenon detectors
现有的氙暗物质（DM）直接探测实验可以通过寻找反冲氙原子的光子发射来探测亚GeV质量的DM-核子相互作用。我们表明，LUX的限制亚GeV DM，它利用闪烁（S1）和电离（S2）信号，是大约三个数量级更严格的比以前的氙约束在这个质量范围内，来自XENON 10和XENON 100的S2-只搜索。新的LUX约束条件为质量低于0.5 GeV的DM粒子提供了最严格的直接检测约束条件。此外，在LUX和它的继任者LZ的光子发射信号保持背景和信号事件之间的歧视，使一个明确的发现亚GeV DM是可能的。我们表明，LZ有潜力重建DM质量与20%的精度轻于0.5 GeV的粒子。
2017-08-10 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Dark Matter implications from the LZ, PandaX-4T and XENONnT Data
Tsinghua University（清华大学）；Peking University（北京大学）；Columbia University（哥伦比亚大学）
研究液氙实验数据中高能核反冲事件的暗物质起源，用统一DIAMX框架对多数据集联合拟合，考虑两类暗物质 - 核子相互作用，量化DEC背景影响，指出扩展分析高能数据可有力检验暗物质解释。
2026-07-13 hep-ex hep-ph
Impact of loop-induced processes on the boosted dark matter interpretation of the XENON1T excess
我们认为，推动暗物质解决方案的XENON1T过剩，以限制通过循环生成的过程的框架。作为信号来源的被增强的暗物质成分的相互作用有效地将冷的暗物质背景与电子耦合，使其在电子反冲搜索中潜在地可见。类似地，一旦考虑到标准模型的辐射修正，暗物质也会散射到夸克上，并在核反冲测量中变得可观察到。通过分析这些过程，我们发现，如果增强分量是通过暗物质湮灭产生的，那么当前的直接探测约束排除了异常所选择的较高质量范围。
2020-06-29 hep-ph
Xenon-1T excess as a possible signal of a sub-GeV hidden sector dark matter
我们提出了一个粒子物理模型来解释所观察到的增强氙-1T数据在电子反冲能量为2.5千电子伏。该模型是基于$U(1)$扩展的标准模型，其中暗扇区由两个本质上质量简并狄拉克费米子在亚GeV区域与一个暗光子相互作用的小质量分裂。暗光子是不稳定的，在大爆炸核合成之前衰变，这导致暗物质由两个本质上质量简并的狄拉克费米子组成。氙-1T过剩是通过较重的暗费米子从氙中的束缚电子到较轻的暗费米子的非弹性放热散射来计算的，所述较轻的暗费米子在反冲电子能量中产生所观察到的过剩事件。该模型可以用Xenon-1 T的进一步数据和未来的实验（如SuperCDMS）进行测试。
2021-01-25 hep-ph
Sensitivity of direct detection experiments to neutrino magnetic dipole moments
由于活动体积大，暗物质直接探测实验对太阳中微子通量很敏感。核反冲信号是由$^8$ B中微子引起的，而电子反冲主要由pp通量产生。这两个过程的测量提供了一个机会，以测试中微子的性质在低阈值相当低的背景。在本文中，我们研究这些实验的灵敏度中微子磁偶极矩假设1，10和40吨的活性体积（代表XENON1T，XENONNT和DARWIN），0.3千电子伏和1千电子伏的阈值。我们表明，仅与核反冲测量40吨探测器可以作为Borexino，TEXONO和GEMMA的竞争力，与顺序$8.0\times 10^{-11}\,μ_B$的灵敏度在$90\%$ CL后一年的数据采集。电子反冲测量将增加灵敏度的方式低于这些值，允许测试区域不排除天体物理参数。使用电子反冲数据并根据性能，同一探测器将能够在一年的数据采集中在$90\%$ CL处探测低至$4.0\times 10^{-12}μ_B$的值。通过假设一个200吨的液体氙探测器在10年内运行，我们得出结论，这种类型的探测器的灵敏度将是$10^{-12}\,μ_B$的顺序。减少统计不确定性可以使得能够改进低于这些值的灵敏度。
2020-08-12 hep-ex hep-ph
Semi-annihilating $Z_3$ Dark Matter for XENON1T Excess
最近报道的XENON1T实验结果表明，在电子反冲事件中存在一个具有$3.5σ$意义的过剩。解释为新的物理学，需要新的来源来解释电子散射。我们发现，一个暗费米子$ψ$的质量约$ \mathcal{O}\left(10\right)$ MeV的半湮灭的$Z_3$暗物质$X$和随后的衰变的暗规范玻色子$V_μ$可能是负责的过剩。相关的半湮灭过程是$X+X\rightarrow \overline{X}+V_μ(\rightarrow ψ+ \overlineψ)$，其中最终的$ψ$具有盒形能谱。快速运动的$ψ$可以通过与光子动力学混合的额外规范玻色子与电子散射。该模型中信号的形状可以与观察到的过量一致。与质子的额外相互作用使得这个模型在未来的核反冲研究中也是可以检验的。由于引入了不可见粒子的亮度，这种情况需要非标准的宇宙学来容纳额外的辐射分量。
2021-03-02 astro-ph.CO hep-ph
Millicharged Cosmic Rays and Low Recoil Detectors
我们考虑假设的毫荷电粒子（mCPs）在星际介质（ISM）中的“快通量”的产生。我们考虑两个可能的来源诱导的宇宙射线：（a）$pp\rightarrow$（介子）$\rightarrow$（mCP），这增加了大气生产的mCP，和（b）宇宙射线上散射的一个millicharged组件的暗物质。我们注意到，银河系的磁场保留mCP很长一段时间，导致增强的快通量的许多数量级。在这两种情况下，我们计算的预期信号直接暗物质检测旨在电子反冲。我们观察到，在场景（a）中微子探测器（ArgoNeuT和Super-Kamiokande）仍然提供优越的灵敏度相比，暗物质探测器（XENON 1 T）。然而，在具有增强的暗物质成分的情况下，暗物质探测器表现得更好，因为在低速下向上散射的通量增强。考虑到通量产生模型和导致电子反冲的实际原子物理学中的不确定性，XENON 1 T报告的过量仍有可能来自快速mCP通量，这将在未来的实验中进行决定性的测试。
2021-05-18 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Shedding New Light on Sterile Neutrinos from XENON1T Experiment
XENON1T合作最近报道了来自反冲电子的过量事件，可能会让人们深入了解粒子物理学标准模型（SM）之外的新领域。我们试图通过考虑不育中微子和SM粒子之间的有效相互作用来解释这种过剩。在本文中，我们提出了一个有效的模型的基础上，一个粒子的不可约相互作用顶点在低能量诱导的SM规范对称四费米子运营商在高能量。有效相互作用强度受SM精密测量、天体物理和宇宙学观测的制约。我们引入了一种新的有效的电磁相互作用，它可以通过惰性中微子暗物质与氙电子的非弹性散射成功地解释XENON1T事件率.我们发现，质量约为$90$ keV和特定的有效耦合的不育中微子可以很好地拟合与XENON1T的数据，其中最佳拟合点保持DM约束，并可能描述在其他实验中的异常。
2020-11-18 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
The Inelastic Frontier: Discovering Dark Matter at High Recoil Energy
在直接探测实验中，粒子暗物质主要是非弹性散射离开原子核，存在着动机良好的模型。这种非弹性跃迁导致DM在地面实验中向上散射到比DM本身重550 keV的激发态。这种大小的非弹性跃迁受到运动学和核形状因子的高度抑制。我们扩展了以前的研究非弹性DM，以确定本界的散射截面，并提高灵敏度的前景。三种场景提供了说明性的例子：几乎纯的Higgsino DM;磁非弹性DM;以及具有暗光子交换的非弹性模型。我们确定的弹性散射率，以及验证，放热转换是可以忽略不计的。目前，截面上最强的边界来自LUX-PandaX的氙（δ< 160 keV）、PICO的碘（160 < δ< 300 keV）和CRESST的钨（当δ> 300 keV时）。有趣的是，一旦δ> 200 keV，弱尺度（和更大的）DM -核子散射截面是允许的.这些实验的相对竞争力取决于每个实验所采用的反冲能的上限，以及对探测器中最重元素质量的强烈敏感性。几个影响，包括相当大的反冲能量依赖的年度调制，并为未来的实验改进进行了讨论。我们表明，氙实验可以改善PICO的结果，如果他们要分析他们现有的数据在一个更大的范围内的反冲能量，即，20-500 keV。我们还推测在CRESST的几个报告事件之间的45-100千电子伏，可以解释为非弹性DM散射。未来的PICO、CRESST和氙实验数据可以通过高能反冲数据的分析来验证这一点。
2017-01-21 hep-ex hep-ph
On-shell mediator dark matter models and the Xenon1T anomaly
我们提出了一个暗物质模型来解释最近由Xenon 1 T实验报道的电子反冲数据中的过剩事件。在我们的模型中，暗物质$χ$湮灭为一对壳层粒子$ϕ$，随后衰变为$ψψ$终态; $ψ$与电子相互作用产生观测到的过量事件。由于质量等级，$ψ$的速度可以相当大，并且可以具有扩展的分布，这提供了与电子反冲能谱的良好拟合。我们估计了星系中暗物质湮灭产生的$ψ$通量，并进一步确定了相互作用截面，该截面相当大，但足够小，允许$ψ$穿透岩石到达地下实验室。
2020-06-22 hep-ph
Interpretation of the XENON1T excess in the model with decaying sterile neutrinos
用三个活跃中微子和三个惰性中微子的唯象模型解释了在1 - 7 keV能区观察到的XENON 1 T过量电子反冲事件。假设两个质量合适的无菌中微子衰变，而第三个无菌中微子是稳定的，就有可能解释观察到的电子反冲事件的能谱。此外，使用这种方法在1 - 7 keV的能量范围内的三个峰进行了预测。暗玻色子只需要在很小的程度上与这个区域中发射的光子混合。这三个轻不育中微子的存在可能对中微子物理、天体物理和宇宙学中的一些现象产生影响。
2021-04-14 hep-ph
Dark matter models for the 511 keV galactic line predict keV electron recoils on Earth
我们提出的模型的暗物质，占511千电子伏的光子发射从银河系中心，兼容的实验约束和理论的一致性，并通过p波湮灭或，在非弹性模型中，通过共同湮灭的遗迹丰度。由于暗物质不可避免地被太阳向上散射，这些模型通常预测地球上探测器上的keV电子反冲，并且可以自然地解释最近由XENON 1 T合作报告的过量。自由参数的数量非常少，使得这些想法可以通过XENONNT和Panda-X等探测器，NA 64和LDMX等加速器，以及西蒙斯天文台和CMB-S4等宇宙学调查来验证。作为我们研究的一个副产品，我们重新定义了NA 64对其他粒子的不可见衰减暗光子的限制。
2021-01-30 astro-ph.GA hep-ex hep-ph
What if ALP dark matter for the XENON1T excess is the inflaton
最近的XENON1T电子反冲数据中的过剩可以用无异常的类轴子粒子（ALP）暗物质来解释，其质量为$m_ϕ= 2.3 \pm 0.2\,$ keV，衰变常数为$f_ϕ/q_e \simeq 2 \times 10^{10} \sqrt{Ω_ϕ/Ω_{\rm DM}}\,{\rm GeV}$。有趣的是，建议的质量和衰变常数与关系式$f_ϕ\sim 10^3 \sqrt{m_ϕM_p}$一致，该关系式是在ALP扮演暴胀子角色的情况下预测的。这就提出了一种可能性，即导致氙1T过剩的ALP暗物质也推动了早期宇宙的膨胀。我们研究了XENON1T过剩对ALP暴胀和暴胀后宇宙热历史的影响。
2020-07-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ex
