Phenomenology of Self-Interacting Dark Matter in a Matter-Dominated Universe
我们研究了自相互作用的暗物质（DM）在早期物质占主导地位的阶段。作为一个基准的情况下，我们考虑的DM由单线态标量粒子耦合到可见的标准模型（SM）部门通过希格斯门的模型。我们考虑的情况下，最初的DM丰度是由通常的热冻结或替代冻结机制，DM是从来没有在热平衡与SM部门。这是第一次，我们考虑到在确定DM丰度，让人想起强相互作用大质量粒子（SIMP）的情况下，隐藏的部门内的自相互作用的效果。在所有的情况下，DM的数密度可能会发生很大的变化相比，标准的辐射为主的情况下，具有重要的观测和实验的影响。
2019-01-19 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 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
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
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
Direct Detection is testing Freeze-in
暗物质（DM）可能属于一个隐藏的扇区，它只与标准模型（SM）发生微弱的相互作用，并且可能在早期宇宙中从未处于热平衡。在这种情况下，观测到的大量暗物质粒子可能是通过一个被称为冻结的过程积累起来的。我们表明，第一次，直接检测实验正在测试这种DM生产机制。这适用于SM和隐藏扇区通过质量小于几MeV的光介体粒子进行通信的场景。通过这种光介质的交换，相同的FIMP候选者可以具有在解决无碰撞冷暗物质的小尺度结构问题所需的范围内的自相互作用。
2019-02-06 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
Kaluza-Klein FIMP Dark Matter in Warped Extra-Dimensions
我们研究的情况下，暗物质（DM）是由弱相互作用的大质量粒子（FIMP）相互作用的引力与标准模型粒子在额外的维兰德尔Sundrum的情况下，第一次。我们假设暗物质和标准模型都局域在IR膜中，并且只通过引力介质，即引力子，卡鲁扎-克莱因引力子和Radion相互作用。我们发现，在早期宇宙中，DM可以通过两个主要过程产生：直接冻结和顺序冻结。所观察到的DM遗迹丰度产生的区域在很大程度上与宇宙学和对撞机边界兼容。
2020-09-01 astro-ph.CO 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
Dark matter phase-in: producing feebly-interacting particles after a first-order phase transition
研究宇宙一阶相变对非重整化相互作用暗物质冻结机制的影响，提出 DM 相变产生机制，确定其主导条件并发现其丰度与相变引力波峰值频率相关，开辟新观测可能。
2025-04-14 astro-ph.CO hep-ph
Testing freeze-in with axial and vector $Z'$ bosons
早期宇宙中弱相互作用大质量粒子（FIMP）暗物质的冻结产生是众所周知的和受约束的弱相互作用大质量粒子（WIMP）范式的一个有吸引力的替代方案。虽然具有挑战性，但FIMP暗物质的现象学一直受到越来越多的关注，并且在一些情况下是可能的。在这项工作中，我们有助于这方面的努力，考虑一个$Z^\prime$门户费米子暗物质，与$Z^\prime$具有矢量和轴向耦合和质量范围从兆电子伏到PeV。我们从直接探测、原子宇称违反、轻子反常磁矩、中微子-电子散射、对撞机和束流收集器实验中评估了冻结和冻结的界限。我们表明，FIMPs已经可以测试的大多数这些实验中的一种互补的方式，而WIMPs是特别可行的$Z^\prime$低质量制度，除了$Z^\prime$共振区。我们还讨论了$Z^\prime$的轴向耦合在我们的结果中的作用。因此，我们希望在FIMPs的背景下激励这个模型的具体实现，以及寻找这些难以捉摸的暗物质候选者。
2021-10-11 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Self-interacting Inelastic Dark Matter in the light of XENON1T excess
我们提出了一个自相互作用的非弹性暗物质（DM）的情况下，最近报道的过量的电子反冲事件的XENON1T实验的可能起源。两个准简并的马约拉纳费米子DM通过一个轻的隐扇形质量规范玻色子与自身相互作用，并通过规范动力学混合与标准模型粒子相互作用。我们还考虑了一个额外的长寿命的单线标量，这有助于实现正确的暗物质遗迹丰度通过混合设置包括冻结和冻结机制。虽然与所需的DM现象学以及足够的自相互作用来解决冷暗物质的小尺度问题是一致的，但具有GeV尺度DM的模型可以通过较重DM组分向较轻DM组分的非弹性向下散射来解释XENON1T过量。所有这些要求都留下了一个非常小的参数空间，使模型对不久的将来的实验具有非常高的预测性。
2021-05-01 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Temperature evolution in the Early Universe and freeze-in at stronger coupling
本研究探讨早期宇宙中强耦合暗物质freeze-in机制，在紫外完备框架下分析SM热浴最高温度的作用，指出暴胀子衰变为右手中微子的场景可实现该机制且再加热前SM温度恒定，为暗物质探测提供新方向。
2024-05-17 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
WIMP Meets ALP: Coherent Freeze-Out of Dark Matter
Cornell University（康奈尔大学）
本文研究了WIMP与ALP通过二次耦合相互作用的宇宙学历史，发现相干前向散射导致温度依赖的质量移位，改变了WIMP冻结和ALP不对称动态，提出了一种新的相干冻结机制。强温度下，WIMP热浴自发打破ALP势能对称性，使场移至新真空，从而降低WIMP有效质量并延迟其冻结。根据耦合强度，对称性恢复通过一级相变或交叉。在一级相变中，暗物质仅由WIMP组成，其延迟冻结允许湮灭截面比标准值高三个数量级，但仍产生正确 relic 密度。在交叉中，WIMP和ALP均可贡献暗物质。发现ALP奇迹：Planck 抑制的二次耦合使ALP丰度与观测暗物质密度相当，与初始位移和质量无关。
2026-04-28 astro-ph.CO hep-ph
On UltraViolet Freeze-in Dark Matter during Reheating
没有任何确认的信号，从广泛的DM搜索激励我们超越传统的WIMP的情况。弱相互作用大质量粒子（FIMPs）范式提供了一个很好的替代方案，尽管它与热粒子的弱相互作用，仍然可以正确地产生遗迹丰度没有传统的DM信号。基于可重正化算子的超分辨FIMP通常存在耦合极小的缺点，而基于高维有效算子的紫外FIMP可以克服这一缺点。然而，它对早期宇宙的历史很敏感。以前的工作在再加热温度$T_{RH}$处终止这种灵敏度。我们受其紫外线敏感性的驱使，研究了更早的宇宙再加热时代的影响。我们发现，在通常的情况下，与$T_{RH}\gg m_{\rm DM}$，生产率在再加热过程中是非常小的，只要有效运营商尺寸$d \leq 8$。此外，我们还考虑了再加热过程中可能产生的介体的贡献。此外，我们研究了当$T_{RH}$甚至低于$m_{\rm DM}$时的情况，并且如果DM的质量不超过$T_{MAX}$，则DM可以在再加热期间直接产生。
2017-11-15 astro-ph.CO hep-ph
WIMPs with Enhanced Annihilation from a Feebly Interacting Unstable Partner
University of Utah（犹他大学）；The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
本研究提出WIMP与可衰变的重伙伴粒子耦合的扩展模型，通过求解玻尔兹曼方程发现伙伴粒子衰变可显著增强WIMP湮灭截面（最高达三个数量级），并可由间接探测实验检验，NMSSM可实现该情景。
2026-09-17 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Ultraviolet freeze-in baryogenesis
我们研究了一种可以同时解释宇宙暗物质密度和观测到的宇宙重子不对称性的机制。我们建议的核心是浴粒子的非平衡散射过程，这是产生弱相互作用暗物质的原因。同样的过程违反了$CP$，这进一步导致了在可见部分产生的物质和反物质之间的不对称。我们专注于这些相互作用的可能性，通过非重整化运营商，这导致了暗物质和重子不对称性在高温下产生的描述。通过研究两个具体的方案，一个涉及标量和一个涉及费米子暗物质的机制举例说明。我们发现，在这两种情况下，它确实是可能实现一个共同的解释暗物质的内容和物质-反物质的不对称性的宇宙，只要暗物质是在千电子伏的质量范围。
2022-09-14 astro-ph.CO hep-ph hep-th
WIMPs during Reheating
弱相互作用大质量粒子（WIMP）是最有动机的暗物质候选者之一。在标准的情景中，冻结发生在暴胀再加热结束之后很久，他们与严格的实验约束相矛盾。在这里，我们调查的热冻结出的WIMP发生{ \it期间}再加热，而暴胀$ϕ$相干振荡在一个通用的潜力$\propto ϕ^n$。根据$n$的值和暴胀子衰变产物的自旋，辐射和暴胀子能量密度的演化可以表现出不同的特征，因此对WIMP的冻结行为有相当大的影响。由于再加热过程中熵的注入，扩大了与观测到的DM遗迹丰度相适应的参数空间。特别是，WIMP的热平均湮灭截面可以是几个幅度低于在标准情况下。最后，我们讨论了目前的暗物质间接探测实验的界限，并探讨了未来的挑战和机遇。
2022-11-18 astro-ph.CO hep-ph
Strongly interacting dark sectors in the early Universe and at the LHC through a simplified portal
我们研究了通过一般矢量介质耦合到标准模型粒子的一致强相互作用暗扇区的宇宙学和LHC现象。我们列出了宇宙学上可行的模型的要求，确定湮灭到暗矢量介子作为主导的暗物质冻结过程，并讨论了直接检测的界限。在大型强子对撞机上，模型预测了暗阵雨，这可能会产生半可见的喷流或位移的顶点。现有的搜索di-jet共振和丢失的能量主要探测参数区域，其中预期会发生快速衰变，尽管没有针对暗阵雨进行优化，但仍限制了我们的模型。我们还估计了专用分析半可见喷流的敏感性，并强调不同搜索策略的互补性。
2020-03-01 astro-ph.CO hep-ph
Self-interacting dark matter with a stable vector mediator
光矢量介质可以自然地诱导速度依赖的暗物质自相互作用，同时通过热冻结允许正确的暗物质遗迹丰度。然而，如果这些介质随后衰变成标准模型状态，如电子或光子，这将被宇宙微波背景的约束所有力地排除。我们研究在何种程度上可以规避这一结论，如果矢量介质是稳定的，因此有助于暗物质密度，而湮灭成较轻的自由度。我们发现可行的部分参数空间，导致所需的自相互作用截面的暗物质，以解决小规模的问题，碰撞冷暗物质的范例，同时与边界兼容的宇宙微波背景和大爆炸核合成观测。
2018-09-24 astro-ph.CO hep-ph
Freeze-in production of dark matter through spin-1 and spin-2 portals
在这次会议上，我谈到了两种情况，在这种情况下，早期宇宙中暗物质（DM）粒子的非平衡产生是不可避免的。在第一个规范群\cite{bhattacharyya_freezing-dark_2018}中，我们通过一个额外的$U(1)$规范群来扩展粒子物理的标准模型（SM），在这个规范群下所有的SM粒子都是中性的。然后，我们考虑DM候选人只与新的自旋1规范玻色子，一个沉重的$Z^\prime$。我们假设在额外的$U(1)$和SM $SU(3)_c$下，除了SM费米子之外，还存在重费米子，这使得DM和胶子之间存在微弱的联系。在第二种情况\cite{bernal_spin-2_2018}中，我们假设DM和SM粒子之间的相互作用只由引力子和大质量自旋2场介导，因此分别被普朗克和一些中间尺度所抑制。在这两个模型中，我们表明，SM粒子能够产生适量的DM候选人通过冻结在最多在早期阶段的辐射时代，DM质量的范围$10^{-3}-10^{14}$ GeV。我们已经表明，如果在早期宇宙中的熵产生的一段时间内，在壳层上产生重介质，在暴胀后的再加热，DM遗迹密度可能会提高许多数量级相对于通常的瞬时再加热近似。
2019-11-26 astro-ph.CO hep-ph
Charged Planckian Interacting Dark Matter
冷暗物质（CDM）的极小模型是一种只有引力相互作用的非常大质量的粒子，也称为普朗克相互作用暗物质（PIDM）。在这里，我们考虑一个完整的$U(1)$规范对称性的PIDM框架的扩展下，PIDM是收费的，但仍然只引力耦合到标准模型（SM）。与“隐藏的带电暗物质“相反，带电的PIDM永远不会与SM达到热平衡。暗区是由重新加热时的引力相互作用引起的冻结而形成的。如果暗精细结构常数$α_D$大于约$10^{-3}$，则暗扇区在其自身内热化，并且通过在暗扇区中冻结而进一步修改PIDM丰度。有趣的是，与不带电的PIDM相比，这大大降低了最终丰度对再加热温度的依赖性。暗区的热化是由非弹性辐射过程驱动的，并受到Landau-Pomeranchuk-Migdal效应的影响。观察到的CDM丰度可以在从弱到GUT尺度的宽质量范围内获得，并且对于现象上有趣的耦合$α_D\sim 10^{-2}$。由于不同的热历史，带电的PIDM可以区分从“隐藏的带电暗物质“通过更精确的测量的中微子物种的有效数量$N_{\rm eff}$。
2018-10-02 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Lyman-$α$ forest constraints on interacting dark sectors
与$Λ$ CDM相比，Lyman- $α$森林是暗物质模型的一个有价值的探测器，其特征在于功率谱的尺度依赖抑制。在这项工作中，我们提出了一个新的估计的莱曼- $α$通量功率谱，不依赖于流体动力学模拟。我们的框架的特点是滋扰参数，封装的复杂的物理学的星系际介质和高度非线性的小尺度模式的敏感性。在验证了基于$Λ$ CDM的高分辨率流体动力学模拟的方法之后，我们从BOSS Lyman- $α$大尺度数据中导出了相互作用暗物质模型的保守约束，k<0.02（km/s）^（-1），在模型拟合中保留了相关的干扰参数。估计产生的下限上的质量的食人暗物质，其中冻结发生通过3至2湮灭，在兆电子伏的范围。此外，我们发现暗物质与暗辐射相互作用的模型，这已被认为是解决$H_0$和$σ_8$紧张局势，是兼容的BOSS莱曼- $α$数据。
2018-05-30 astro-ph.CO hep-ph
An Asymmetric SIMP Dark Matter Model
构造了第一个非对称强相互作用大质量粒子（SIMP）暗物质（DM）模型，其中一个新的类矢量费米子和一个新的复标量都具有非零化学势，可以是非对称DM粒子.在U（1）$^{}_\textsf{D}$暗规范对称性自发破缺后，这两个粒子可以有偶然的$\mathbb{Z}^{}_4$电荷使它们稳定。通过在SIMP DM之间增加一个复标量，DM的残余密度由$3 \to 2$和双环诱导$2 \to 2$湮灭决定.另一方面，SIMP DM可以通过新的规范相互作用与热浴保持动力学平衡，直到DM冻结温度。有趣的是，该模型可以对DM具有弹跳效应，由此DM数密度在DM的化学冻结之后上升。在此效应下，模型中DM自相互作用截面的预测结果与天体物理观测结果一致，DM能量密度与重子物质能量密度的比值可用原始不对称性来解释.我们还预测了DM-电子弹性散射截面，可用于测试这个模型在未来的投影实验。
2022-10-28 astro-ph.CO hep-ph
Dark matter relic density in strongly interacting dark sectors with light vector mesons
Fermilab（费米国家加速器实验室）；Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）；University of Graz（格拉茨大学）
研究在强相互作用暗区中，暗物质作为赝戈德斯通玻色子通过暗矢量介子参与的3π_D→π_Dρ_D湮灭过程主导其遗迹丰度，从而推迟退耦并提高暗物质质量标度以规避子弹星团约束。
2024-05-22 astro-ph.CO hep-ph
Scalar and Fermion Two-component SIMP Dark Matter with an Accidental $\mathbb{Z}^{}_4$ Symmetry
在本文中，我们首次构建了一个两分量强相互作用大质量粒子（SIMP）暗物质（DM）模型，其中一个复标量和一个矢量类费米子扮演SIMP DM候选者的角色。这两个粒子是稳定的，因为在$\text{U}(1)^{}_\textsf{D}$规范对称性破缺后，偶然出现了$\mathbb{Z}^{}_4$对称性。通过引入一个额外的复杂标量作为SIMP粒子之间的介体，该模型可以有$3 \to 2$过程，决定DM残留物的密度。另一方面，SIMP DM颗粒可以通过$\text{U}(1)^{}_\textsf{D}$计量器耦合与热浴保持动力学平衡，直到DM冻结温度。最重要的是，我们发现了一个不可避免的双环诱导$2 \to 2$过程紧密连接到$3 \to 2$过程，将重新分配的SIMP DM数密度后，DM的化学冻结。此外，这种重新分配将显着修改DM的自相互作用截面的预测相比，其他SIMP模型。为了得到正确的DM现象，包括双环诱导的$2 \to 2$湮灭是至关重要的。
2022-03-03 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter abundance via thermal decays and leptoquark mediators
我们探索了一种再现暗物质（DM）丰度的新机制：DM粒子对轻标准模型粒子的散射。如果DM经历冻结并且具有大约或低于π介子质量的质量，则其衰变的强边界可以满足。例如，在理论中，右手中微子通过轻夸克交换与带电费米子相互作用。这些leptoquark可以链接到的B-物理异常的动机，如果假设的味道结构。DM信号是不寻常的，具有直接和间接检测的有趣的可能性。实现热冻结，而不是需要一个以上的DM味模型，耦合参数小于通常的对湮灭所需的。
2022-07-28 astro-ph.CO hep-ph
Resonant Self-Interacting Dark Matter from Dark QCD
基于与标准模型QCD中介子谱的类比，我们提出了一种基于QCD的暗扇区中共振自相互作用暗物质模型。对于由两个轻夸克组成的暗介子，我们提出了一个简单的模型，实现了共振自相互作用（类似于$ϕ$ -K-K系统）和热冻结。我们还考虑了由重暗夸克和轻暗夸克组成的非对称暗物质实现共振自相互作用（类似于$Υ(4S)$ -B-B系统），并讨论了这两种系统的实验探针。最后，我们评论可能的共振自相互作用已经内置到SIMP和ELDER机制，同时利用晶格的结果，以确定可行性。
2020-08-19 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Freeze-out Forbidden Dark Matter in the Hidden Sector in the Mass Range from sub-GeV to TeV
运动学禁止通道可以设置冻结出的暗物质（DM）遗迹丰度。这些通道被描述为DM湮灭成更重的状态，在零温度极限下消失，但在早期宇宙中发生在有限的温度下。对于禁戒通道的终态是标量介质，通过与标准模型（标准模型，SM）Higgs粒子的混合耦合到SM物质的情况，来自DM-核子相互作用的信号和来自介质相关的能量丢失或位移顶点的信号可以分别通过直接探测和粒子物理实验来探测。因此，我们提出了一个最简单的隐蔽矢量暗物质模型，可以表现出这种情况下的质量范围从亚GeV到TeV的研究。暗物质存在于隐藏的扇区中，在冻结之前与SM处于热平衡。在冻结过程中，它的密度耗尽是由于它湮灭成两个更重但亚稳的标量，其中耦合可以通过具有正确的残余密度和受微扰么正性约束来确定。然而，许多允许的参数空间是不敏感的隐藏标量和SM希格斯粒子之间的混合角。我们发现，一个更显着的DM和介质之间的质量分裂可以只允许在子GeV区域。此外，TeV区域的质量分裂要求在百分比水平内。这种禁戒DM通过标量门与SM粒子相互作用的模型在实验中是可检验的。
2022-10-23 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Dynamical Tsallis WIMP Freeze-Out and Residual Memory Channels in the Radiation Sector
本文在Tsallis非广延形式下推广弱相互作用大质量粒子暗物质的冻结过程，引入动力学q参数并求解玻尔兹曼方程，计算残余非广延性对辐射扇区（特别是中微子能量密度）的影响，得到对有效中微子代数的修正并与CMB+BAO约束比较。
2026-09-10 astro-ph.CO cond-mat.stat-mech hep-ph
Feebly Interacting Dark Matter Particle as the Inflaton
我们提出了一个方案，$Z_2$ -对称标量场$ϕ$首先驱动宇宙暴胀，然后再加热宇宙，但仍然不平衡本身，最后包括观测到的暗物质丰度，由粒子衰变产生的LA冻结机制。我们的工作模型无关，没有指定的相互作用的标量场除了其自相互作用耦合，$λϕ^4$，非最小耦合到重力，$ξϕ^2R$，耦合到另一个标量场，$gϕ^2σ^2$。我们发现标量场$ϕ$既是暴胀子，也是暗物质的候选者，如果$10^{-9}\lesssim λ\lesssim g\lesssim 10^{-7}$和$3 \rm{keV} \lesssim m_{\rm ϕ}\lesssim 85 \rm{MeV}$是$ξ=\mathcal{O}(1)$的话。这样一个小的值的非最小耦合也被发现是正确的大小，以产生所观察到的曲率扰动幅度的情况下。我们还讨论了如何从其他同类型的暴胀模型的下一代CMB卫星的模型可能区分。
2016-09-08 astro-ph.CO hep-ph
Reannihilation of self-interacting dark matter
我们探讨的现象学有一个第二个时代的暗物质湮灭到暗辐射后很长一段时间的标准热冻结。这样一个隐藏的再湮灭过程只能通过引力影响可见扇区。作为一个具体的实现，我们认为自相互作用的暗物质（SIDM）与光力介质耦合到暗辐射。我们演示了如何共振索末菲增强截面出现诱导的再湮灭时代。该效应是哈勃膨胀率的时间局部修改，我们表明，宇宙微波背景（CMB）测量-以及其他观测-有很高的灵敏度来观察这种现象。特别注意的模型区域，晚动力学解耦和强自相互作用可以减轻几个小尺度的问题，在冷暗物质的范例在同一时间。有趣的是，我们发现再湮灭也可能同时降低CMB和$H_{0}$和$σ_{8}$的低红移天文观测之间的紧张关系。此外，我们确定再湮灭作为一个明确的签名，以区分现象，否则几乎相同的矢量和标量介质实现的SIDM。
2018-03-16 astro-ph.CO hep-ph
Dark matter freeze-in from non-equilibrium QFT: towards a consistent treatment of thermal effects
本文利用闭合时间路径形式体系和1PI重求和传播子，超越硬热圈近似计算了暗物质冻入产生率，系统比较了玻尔兹曼热质量法和HTL近似等方案的偏差范围，揭示了质量劈裂和规范耦合对遗迹丰度计算精度的影响。
2025-07-08 astro-ph.CO hep-ph
Cold Dark Matter and Dark Energy Based on an Analogy with Superconductivity
DARTMOUTH COLLEGE（达特茅斯学院）
基于超导类比，提出冷暗物质候选者并探讨其衰减特性，通过相变和冻结过程解释暗能量行为。
2025-11-25 astro-ph.CO hep-ph
Vector Portal Pseudo-Goldstone Dark Matter
我们提出了一个模型的伪戈德斯通暗物质，通过一个光矢量介质的基础上自发打破$SU(2)$暗部门。暗物质质量是由暗$SU(2)$对称性的显式破缺引起的。剩余的全球$U(1)$对称性阻止了暗物质衰变。这个模型的行为进行了研究的假设下，观察到的暗物质遗迹丰度是由于热冻结。我们认为自相互作用的小尺度结构异常的目标和相互作用的可能性与标准模型通过矢量介体。
2022-10-04 astro-ph.CO hep-ph
A Review of WIMP Baryogenesis Mechanisms
最近有人提出，弱相互作用大质量粒子（WIMP）可能提供新的方法来产生早期宇宙中观察到的重子不对称性，以及解决暗物质和重子丰度之间的宇宙巧合。这表明弱尺度新粒子物理学和现代宇宙学之间可能存在新的联系。本文综述了最近提出的两种WIMP重子生成机制：热冻结过程中WIMP暗物质湮灭的重子生成机制和热冻结后WIMP亚稳衰变的重子生成机制。这封信还讨论了这些模型的有趣现象，特别是可以在强度前沿实验和大型强子对撞机（LHC）实验中探测的实验信号。
2015-10-14 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
SIMP dark matter during reheating
本研究探究暴胀再加热时期SIMP暗物质的退耦过程，分析不同暴胀子势下退耦温度、所需截面及暗物质质量上限的变化，结合CMB观测约束给出不同势对应的存活参数空间。
2024-10-03 astro-ph.CO hep-ph
WIMPless Dark Matter from Non-Abelian Hidden Sectors with Anomaly-Mediated Supersymmetry Breaking
在反常介导的超对称破缺（AMSB）模型中，超伴体质量与耦合的平方成正比。因此，它们隐藏的部分自然包含无WIMP的暗物质，这些粒子的热遗迹丰度保证是正确的大小，即使它们不是弱相互作用大质量粒子（WIMP）。我们研究可行的暗物质候选人在WIMP无AMSB模型与非阿贝尔隐藏部门和突出不寻常的可能性，即使是最简单的模型中出现。在一个纯SU（N）隐藏扇区的例子中，稳定的隐藏胶子以正确的残余密度冻结，但具有极低但自然的限制尺度，为自相互作用的暗物质提供了一个框架。在另一个简单的场景中，隐藏的胶子冻结并衰变为具有正确残余密度的可见Winos，隐藏的胶球可能是稳定的，为混合的冷热暗物质提供自然框架，或者可能衰变，产生天体物理信号。最后，我们提出了一个模型与轻隐藏π介子，可以测试与非相对论自由度的数量上的改进的约束。所有这些场景都是由少量参数定义的，与规范耦合统一相一致，保留了弱尺度与观测到的暗物质遗迹密度之间的美丽联系，并且是自然的，具有相对较轻的可见超伙伴。最后，我们对未来有趣的方向发表评论。
2011-02-01 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Constraining self-interacting fermionic dark matter in admixed neutron stars using multimessenger astronomy
本文通过多信使天文观测约束混合中子星中的自相互作用费米子暗物质参数，首次结合质量、半径、潮汐形变及宇宙学截面限制，确定了允许的 $g$-$y$ 参数区域。
2023-11-23 astro-ph.CO astro-ph.HE
A new realisation of light thermal self-interacting dark matter and detection prospects
提出一种GeV能级自相互作用暗物质的最小实现，利用跷跷板机制的单态费米子通过freeze-out产生正确热遗迹，同时解决中微子质量起源并指出多前沿探测前景。
2023-10-20 astro-ph.CO hep-ph
Reshuffled Strongly Interacting Massive Particle Dark Matter
在这项工作中，我们重新分析的多组分强相互作用大质量粒子（mSIMP）的情况下，使用有效的运营商的方法。在单组分SIMP的情况下，mSIMP暗物质（DM）的总遗迹丰度由一个五点有效算子实现的$3 \to 2$过程的耦合强度决定。有趣的是，我们注意到在暗区存在一个由相应的五点相互作用引起的不可约的$2 \to 2$过程，该过程将在化学冻结后重新排列SIMP DM的质量密度。我们将这种DM场景称为重组的SIMP（$r$ SIMP）。考虑到这一点，我们数值求解了包含$3 \to 2$和$2 \to 2$过程的耦合Boltzmann方程，得到了正确的$r$ SIMP DM产率.结果表明，$r$ SIMP DM的质量必须接近简并，才能贡献相当大的丰度。另一方面，我们还引入有效的运营商，通过矢量门户耦合的黑暗部门和可见部门的桥梁。值得注意的是，我们发现，在$r$ SIMP方案的洗牌机制是敏感的DM自相互作用的截面的大小。
2022-06-12 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Boosted Self-Interacting Dark Matter and XENON1T Excess
我们提出了一个自相互作用的增强暗物质（DM）的情况下，最近报道的过量的电子反冲事件的XENON 1 T实验的一个可能的解释。标准模型（SM）被扩展为两个在暗$U(1)_D$规范对称性下带电的类矢量费米子单态来描述暗扇区。虽然光矢量玻色子介质的存在导致足够的DM自相互作用来解决冷暗物质的小尺度问题，但具有亚GeV尺度DM的模型可以通过在检测器处增强的DM分量与电子的弹性散射来解释XENON 1 T过量。DM到光介质中的强烈湮灭导致抑制的热遗迹。暗冻结和标量晚期衰变的非热贡献的混合设置可以导致正确的遗迹丰度。我们用XENON 1 T数据拟合了我们的模型，并发现最终的参数空间与DM的自相互作用、DM-电子散射率以及天体物理和宇宙学观测结果一致。一个微小的参数空间符合所有这些限制和要求，可以在不久的将来的实验中进一步审查。
2022-04-10 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Implications of DESI for Dark Matter & Cosmic Birefringence
SRM University AP（SRM大学AP分校）；Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University（上海交大李政道研究所）；School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院）
本文提出了一种相互作用的暗物质-暗能量框架，通过解释CMB偏振旋转和DM残余丰度，解决了DESI数据中暗能量方程状态跨越幻影屏障的问题。
2026-01-06 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Interacting realization of cosmological singularities with variable vacuum energy
我们研究了空间平坦的弗里德曼-罗伯逊-沃克时空的相互作用暗物质-可变真空能量模型，重点关注宇宙学奇异性（例如\emph{big rip, big brake, big freeze}和\emph{ big separation}）以及晚期突然事件（\emph{infinite $γ$- singularity}和\emph{new w-singularity}）的出现。我们引入了一个唯象的相互作用，它具有非线性的依赖于总的能量密度的暗部门及其衍生物，精确地解决了源方程的模型，并找到了能量密度的比例因子的函数，以及在附近的奇异性的近似比例因子的时间依赖性。我们描述了这些奇点的主要特征，通过探索使它们成为可能的相互作用的类型以及它们附近的暗成分的行为。我们应用几何Tipler和Królak方法来确定奇点周围的类时测地线曲线的命运。我们还通过分析一些几何不变量如平方Riemann标量和Ricci标量中的主导项来探讨它们的强度。
2015-06-18 astro-ph.CO gr-qc hep-th
