Tracing Tau-Neutrinos from WIMP-Annihilation
弱相互作用大质量粒子(WIMP)在地球和太阳中的积累和湮灭可以通过由此产生的中微子信号来观察。我们表明,对于某些部分的超对称参数空间,目前和未来的中微子望远镜可以预期更高的事件率,由于τ中微子比由于μ子中微子的事件。我们展示了如何$ν_τ\leftrightarrowν_μ$振荡,并在太阳散射,吸收和再生的情况下,修改信号的期望。我们发现,大多数目前提出的中性伴子模型预测相等或增加的μ子通量,如果$ν_τ\leftrightarrowν_μ$振荡包括在内。
2001-05-10 hep-ph
Impact of reactor antineutrinos on the neutrino floor in low-mass WIMP-like dark matter searches
研究评估了反应中微子对低质量WIMP暗物质搜索中微子底板的影响,发现近距反应堆可显著降低探测灵敏度。
2025-11-23 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Neutrino Mass from Affleck-Dine Leptogenesis and WIMP Dark Matter
阿弗莱克-戴恩(AD)轻子生成机制涉及到携带非零轻子数的复标量场(AD场)的宇宙演化。我们展示了如何明确的轻子数破缺项,其中涉及的AD领域需要实现这种情况下结合费米WIMP暗物质,可以产生中微子质量在一个循环的水平,从而提供了一个统一的框架,解决标准模型的四个主要难题,即通货膨胀,重子生成,暗物质和中微子质量。我们讨论了这个模型的一些现象学意义。
2022-02-24 hep-ph
Dark matter astrophysical uncertainties and the neutrino floor
通过直接探测寻找弱相互作用大质量粒子(WIMPs)面临着中微子-核相干散射的背景干扰。对于给定的WIMP质量,中微子构成主导背景的截面取决于来自太阳、超新星或大气宇宙线碰撞的每个中微子源通量的不确定性。然而,对于预测的WIMP信号的天体物理成分也有相当大的不确定性。太阳相对于银河系暗物质晕的速度、WIMP的局部密度以及WIMP速度分布的形状都对直接探测实验中预期的事件率有影响,因此将改变中微子是重要背景的WIMP参数空间的区域。在这项工作中,我们扩展了WIMP+中微子分析占的不确定性的天体物理依赖的WIMP信号。我们展示了不确定性对预测发现极限的影响,重点是低WIMP质量(小于10 GeV)时,太阳中微子背景是最重要的。我们发现,对天体物理不确定性的解释改变了作为WIMP质量函数的中微子底的形状,但也导致它出现在更大数量级的截面上,非常接近现有的实验极限--这表明中微子背景将比之前想象的更早成为一个问题。我们还探讨了中微子如何阻碍WIMP参数的估计,以及天体物理学的不确定性如何影响WIMP和中微子的歧视与使用各自的时间依赖性。
2016-04-13 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter EFT, the Third -- Neutrino WIMPs
只与第三代费米子耦合的不育中微子是有吸引力的暗物质候选者。在EFT方法中,我们证明了他们可以生成所观察到的遗物密度,而不违反直接和间接检测的约束。这样的EFT代表了规范的第三代$B-L$模型,以及第三代标量或矢量轻夸克。LHC测量自然区分不同的基础模型。
2020-12-17 hep-ph
Limits on spin-dependent WIMP-proton cross-sections from the neutrino experiment at the Baksan Underground Scintillator Telescope
我们目前的Baksan地下闪烁望远镜在寻找一个信号的暗物质粒子湮灭在太阳中心的最新结果。基于Baksan望远镜测量向上通过的μ子的能量大于1 GeV的性能,我们确认相对于24.12年的生活时间从大气起源的中微子的预期,在到达太阳的方向上没有可观察到的过剩。我们得出结论,90%的C. L.暗物质WIMP(弱相互作用大质量粒子)与质子的弹性散射截面的上限与其它中微子望远镜的相应极限相当。在质量约为$100\div200$ GeV的WIMP与质子的自旋相关(SD)相互作用中,该极限的最佳值为$3 \times 10^{-4}$ picobarn。
2012-11-12 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Consistency of WIMP Dark Matter as radiative neutrino mass messenger
暗生假说为暗物质和中微子质量的产生提供了一种有吸引力的方法,在这种方法中,稳定暗物质的对称性也确保了中微子质量的辐射跷跷板起源。然而,最简单的情况可能会遭受由潜在的$\mathbb{Z}_2$对称性的自发破缺引起的不一致。在这里,我们表明,最简单的模型的单重三重态扩展自然避免了这个问题,由于存在的标量三重态中性下的$\mathbb{Z}_2$影响的演变的耦合在标量部门。该方案提供了良好的前景,直接WIMP暗物质探测通过核反冲方法。
2016-03-17 hep-ph
Solar WIMPs Unraveled: Experiments, astrophysical uncertainties, and interactive Tools
在太阳中捕获的自湮灭暗物质中没有中微子通量,这严格限制了一些主要粒子暗物质的情况。需要考虑天体物理学不确定性对太阳中暗物质捕获过程的影响,因此也需要考虑中微子望远镜的限制。在这篇综述中,我们探讨了太阳WIMP搜索的相关不确定性,总结了领先的实验结果,并对即将到来的搜索和未来的实验进行了展望。我们已经创建了一个交互式绘图工具,允许用户查看当前的限制和不断变化的天体物理条件下的主要实验的预计灵敏度。
2015-09-28 astro-ph.HE hep-ph
One-loop Dirac neutrino mass and mixed axion/WIMP dark matter
我们认为Peccei-Quinn(PQ)机制是狄拉克中微子质量背后的机制,当这些质量是通过$d=5$有效算符$\bar{L}\tilde{H}N_Rϕ$在一个回路水平上产生的,其中$ϕ$是标准模型的单重标量。在这种设置中,PQ对称性保证了这样一个有效算子的单圈实现对狄拉克中微子质量的主要贡献,因为它禁止了从树级实现中产生的贡献。单圈中微子质量图中的所有介质都可以被PQ对称性破缺的剩余$Z_N$对称性所稳定,从而在轴子扇区之外形成一个暗扇区,并导致混合的轴子/WIMP暗物质场景。
2019-04-03 hep-ph
Neutrinos from WIMP Annihilations Obtained Using a Full Three-Flavor Monte Carlo Approach
弱相互作用大质量粒子(WIMPs)是宇宙中暗物质的主要候选者之一。如果这些粒子构成了暗物质,那么它们可以被太阳或地球捕获,沉入各自的核心,湮灭并产生中微子。因此,在朝向太阳和/或地球的中微子望远镜中,这些中微子可能是一个引人注目的暗物质特征。本文从几个方面改进了以往关于计算WIMP湮灭中微子产额的分析。我们包括中微子振荡在一个完整的三味框架,以及所有的影响,从中微子相互作用的方式通过太阳(吸收,能量损失,再生从τ衰变)。此外,我们还研究了混合角$θ_{13}$的非零值以及正常和倒置中微子质量等级的影响。我们的研究是在一个基于事件的设置,这使得这些结果非常有用的理论分析和建设中微子望远镜蒙特卡罗代码。我们所有的中微子产额的结果,以及我们的蒙特卡罗代码,是公开的。我们发现,μ子型中微子的产额从在太阳的WIMP湮灭增强或抑制,取决于占主导地位的WIMP湮灭通道。这种效应是由于中微子振荡引起的有效的味道混合。对于地球内部的WIMP湮灭,从源到探测器的距离太小,不允许中微子望远镜相关的中微子能量的任何显着振荡。
2008-03-12 astro-ph hep-ph
Monoenergetic Neutrinos from WIMP Annihilation in Jupiter
弱相互作用大质量粒子(WIMP)可以被太阳捕获并在核心湮灭,这可能导致产生可以在静止时衰变为单能236 MeV中微子的K介子。在DUNE进行了几项探测这些中微子的研究。已经表明,如果WIMP质量低于4 GeV,那么它们将在湮灭之前蒸发,从而抑制信号。由于木星有一个较冷的核心,质量在1-4 GeV范围内的WIMP不会蒸发,因此可以湮灭为单能中微子。我们计算这些中微子的木星表面附近的通量,并发现它是可比的通量在DUNE的质量超过4 GeV和实质上更大的1-4 GeV的范围。当然,探测这些中微子需要在木星附近安装中微子探测器。显然,要建造这样的探测器还需要几十年的时间,但如果直接探测实验发现质量在1-4 GeV范围内的WIMP,它可能是了解湮灭过程的少数方法之一。液态氢时间投影室或许能够获得这些中微子的精确方向信息和能量(木星附近有大量的氢)。我们推测,这样的探测器可以放置在一个潮汐锁定的阿马尔西亚卫星的远侧;月球本身将提供大量的背景屏蔽,表面将允许更容易地部署太阳能电池板发电。
2022-12-13 hep-ph
Neutrino signals from electroweak bremsstrahlung in solar WIMP annihilation
$W$和$Z$规范玻色子或光子的韧致辐射可能是一个重要的暗物质湮灭通道。在许多流行的模型中,一对轻费米子的湮灭是螺旋抑制,这些韧致辐射过程可以解除抑制,从而成为主要的湮灭通道。由此产生的暗物质湮灭产物中含有大量的高能中微子成分。我们考虑太阳WIMP湮灭的情况下,电弱韧致辐射占主导地位,并计算由此产生的中微子光谱。通量包括在$χχ\rightarrow \barννZ$和$χχ\rightarrow \barν\ell W$等过程中产生的初级中微子,以及通过规范玻色子和带电轻子衰变产生的次级中微子。在讨论了中微子在太阳中的传播和味道演化之后,我们考虑了在地球上进行中微子探测的前景。通过与$W^+W^-$湮灭信号的比较,我们表明韧致辐射湮灭通道的探测前景是有利的。
2012-10-19 hep-ph
Reconstructing WIMP properties with neutrino detectors
如果宇宙的暗物质是由弱相互作用大质量粒子(WIMP)构成的,它们将在太阳等天体的核心积聚,并湮灭为标准模型的粒子。高能中微子将在湮灭中产生,既可以直接产生,也可以通过随后的轻子、夸克和玻色子衰变产生。虽然切伦科夫中微子探测器/望远镜只能计数中微子的数量超过一些阈值能量,我们研究如何,通过利用其能量分辨率,大型磁化铁量能器,可能的话,液氩和完全活跃的闪烁体探测器,计划为未来的长基线中微子实验,有能力重建中微子光谱,并可能提供信息的暗物质属性。特别是,对于一个给定的值的WIMP质量,我们表明,未来的铁量能器可以打破WIMP-质子横截面和湮灭分支比,切伦科夫探测器目前的简并,并限制其值具有良好的精度。
2008-06-26 astro-ph hep-ph
Dark matter in the solar system II: WIMP annihilation rates in the Sun
我们计算了太阳中弱相互作用大质量粒子(WIMP)的湮灭率随其质量和弹性散射截面的变化。湮灭的副产品之一,μ子中微子,可能会被下一代中微子望远镜观测到。先前对湮灭率的估计假设来自银河系暗晕的任何WIMP被太阳核的弹性散射捕获,并在太阳中迅速达到热平衡。我们表明,太阳的光学深度WIMP和行星的引力都有助于降低湮灭率低于这些估计。虽然我们发现,即将到来的km^3级中微子望远镜对~100 GeV WIMP的灵敏度与之前的估计几乎没有变化,但这些实验对~10 TeV WIMP的灵敏度可能比标准计算所建议的要低一个数量级。湮灭率的新估计将指导未来的实验设计,并改善从中微子事件率到WIMP参数空间的映射。
2009-02-09 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
A novel way of constraining WIMPs annihilations in the Sun: MeV neutrinos
积累在太阳中的暗物质粒子湮灭会产生高能中微子流,中微子望远镜和探测器探测的前景已经在文献中广泛讨论。然而,对于湮灭成标准模型粒子,也会有一个在MeV范围内的中微子通量,来自μ子和带正电的π子的静止衰变。这些低能中微子以前从未被考虑过,它们也为将太阳中的暗物质湮灭限制为e+e-、mu+mu-或轻夸克提供了可能性。在这里,我们进行了详细的分析,使用最近的超级神冈数据在几十兆电子伏的范围内设置限制的WIMP-核子散射截面为不同的湮灭通道和计算WIMP的蒸发率从太阳的散射截面的所有值在一个一致的方式。
2013-08-15 hep-ph
Ionization of hydrogen by neutrino magnetic moment, relativistic muon, and WIMP
研究了氢原子与中微子磁矩、相对论μ介子和具有类QED相互作用的大质量弱相互作用粒子的散射电离。得到了解析结果,并与原子物理学中常用的几种近似方案进行了比较。由于目前对中微子磁矩和暗物质的研究已经将探测器的阈值降低到了亚千电子伏的水平,我们试图从这个简单的案例研究中推断出原子结构对截面的影响以及各种近似的适用性。被发现的一般功能将是有用的情况下,考虑实际的探测器原子。
2013-07-10 hep-ph
Neutrino flavor ratios as diagnostic of solar WIMP annihilation
我们认为中微子(和反中微子)的味道到达地球的中微子产生的湮灭弱相互作用的大质量粒子(WIMP)在太阳的核心。在密度矩阵形式下,研究了太阳物质对产生的$\agt$ GeV中微子味传播的影响。物质效应,包括质量态能级交叉,影响的味道通量相当大。这里的论述有点教育性,因为它从太阳中心的单一味道的绝热演化开始,$θ_{13}$设置为零,并进展到从太阳核心到地球的WIMP衰变中预期的味道比率的完全现实的处理。在完全真实的计算中,包括非绝热能级交叉,以及$θ_{13}$和CP破坏相$δ$的可能非零值。由于物质中的共振增强,甚至小于一定程度的$θ_{13}$的非零值可以显著地影响风味传播。正常和倒置的中微子质量层次被认为是。我们的主要结论是,测量$\agt$ GeV太阳中微子的味比(除了能谱)可以提供WIMP模型之间的区分。特别是,我们证明了在地球上的中微子从两个主要类的WIMP最终状态,即$W^+ W^-$和95% $b \bar{b}$ + 5% $τ^+τ^-$的味道差异。相反,如果WIMP的性质是从未来加速器的生产中学习的,那么$\agt$ GeV太阳中微子的风味比可能有助于推断$θ_{13}$和质量等级。
2007-08-08 astro-ph hep-ph
MeV to multi-TeV thermal WIMPs: most conservative limits
该研究考虑热 WIMP 暗物质湮灭到所有标准模型粒子对,利用多种观测数据给出与分支比无关的总湮灭截面上限,在 10 MeV 至 100 TeV 质量范围内得到 10^-23 至 10^-25 cm^3/s 的保守上限,使整个质量范围与 relic 密度一致。
2023-08-30 astro-ph.HE hep-ph
Probing WIMP particle physics and astrophysics with direct detection and neutrino telescope data
有了来自多个直接探测实验的积极信号,原则上将有可能测量弱相互作用大质量粒子(WIMP)暗物质的质量和截面。最近的工作表明,用WIMP速度分布的多项式参数化,可以对WIMP质量进行无偏测量,而不需要做任何天体物理学假设。然而,直接检测实验对低速WIMP不敏感,因此,任何模型无关的方法将导致截面的偏差。这个问题可以通过测量来自太阳的中微子通量来解决。这是因为在太阳中被引力捕获的WIMP湮灭产生的中微子通量对低速WIMP很敏感。利用下一代直接探测实验和IceCube中微子望远镜的模拟数据,我们证明了IceCube在低速WIMP上的互补信息打破了截面和速度分布之间的简并性。这使得无偏的确定的WIMP质量和自旋无关和自旋相关的截面,并重建的速度分布。我们使用两个参数化的速度分布:binned和多项式。虽然多项式参数化可以包含更宽范围的速度分布,但这导致粒子物理参数的更大不确定性。
2015-05-06 astro-ph.CO hep-ph
Helicitogenesis: WIMPy baryogenesis with sterile neutrinos and other realizations
我们提出了一种机制,重子从粒子衰变或湮灭,可以在TeV尺度。一些重粒子湮灭或衰变为一个重的无菌中微子N(M > 0.5 TeV)和一个“轻”的中微子ν(m << 100 GeV),在ν的两个螺旋度自由度之间产生不对称。这种不对称性通过快速汤川相互作用部分转移到标准模型轻子中,并通过电弱球对称子再加工成重子不对称性。我们在WIMPy重子生成模型中说明了这种机制,其中螺旋度不对称是在暗物质湮灭中产生的。这个模型将重子不对称性、暗物质和中微子质量联系起来。此外,它也补充了以前的研究从暗物质湮灭重子生成的一般要求。最后,我们讨论了其他可能实现这种螺旋机制。
2014-10-09 hep-ph
WIMP dark matter as radiative neutrino mass messenger
标准SU(3)x SU(2)x U(1)模型的最小跷跷板扩展需要两个电弱单重态费米子才能容纳树水平的中微子振荡参数。在这里,我们考虑一个次最小的扩展,轻中微子质量产生的辐射由两个电弱费米子:一个单线态和一个三重态下SU(2)。在宇称对称下,这些粒子应该是奇的,它们的混合产生了稳定的弱相互作用大质量粒子(WIMP)暗物质候选者。对于GeV-TeV范围内的质量,它再现了正确的遗迹密度,并在核反冲直接探测实验中提供了可观察的信号。暗物质中的费米子三重态成分具有规范相互作用,这使得它在目前和不久的将来的对撞机实验中也是可探测的。
2013-09-23 hep-ph
Multi-component secluded WIMP dark matter and Dirac neutrino masses with an extra Abelian gauge symmetry
本文提出一个具有额外阿贝尔规范对称性的完整紫外完备隐匿WIMP暗物质模型,包含双组分暗物质候选者、暗希格斯和暗光子,可产生狄拉克中微子质量,并满足宇宙学与理论约束。
2025-05-08 hep-ph
Two-loop Dirac neutrino mass and WIMP dark matter
我们提出了一个“暗生”机制,小中微子质量和宇宙学暗物质。中微子是狄拉克费米子,其质量只在负责暗物质的扇区中以两圈顺序出现。两个三重对称性保证了暗物质的稳定性和高阶轻子数的严格守恒。一个整体自发破缺的U(1)对称性导致了一个物理$Diracon$,它诱导了不可见的希格斯衰变,这些衰变加起来就形成了希格斯到暗物质的模式。这增强了对$m_h/2$以下自旋无关WIMP暗物质搜索的灵敏度。
2016-09-20 hep-ph hep-th
Equivalent Neutrinos, Light WIMPs, and the Chimera of Dark Radiation
根据传统观点,在粒子物理学和宇宙学的标准模型(SM)中,中微子的有效数量是Neff=3(更精确地说,是3.046)。在扩展的标准模型中,考虑到DeltaNnu等效中微子(或暗辐射)的存在,Neff通常大于3。这里重新考虑了规范结果,揭示了Neff>3的测量可以与DeltaNnu=0(没有暗辐射的暗辐射)一致。相反,与Neff=3一致的测量与暗辐射的存在(Δ Nnu>0)并不矛盾。特别是,如果有一个光WIMP在SM中微子退耦后湮灭为光子,光子会被加热到超过通常的e+湮灭加热,降低中微子和光子温度(和数密度)的后期时间比,导致Neff<3。这为一个或多个等效中微子(包括无菌中微子)打开了符合Neff=3的窗口。通过降低目前的中微子数密度,这允许更多质量的中微子,放松当前对中微子质量总和的限制。相比之下,如果光WIMP只耦合到SM中微子而不是光子,它的后期湮灭加热中微子而不是光子,导致Neff>3,即使在没有等效中微子或暗辐射的情况下。因此,Neff>3的测量值并不能保证存在等效的中微子或暗辐射。在存在轻WIMP和/或等效中微子的情况下,轻WIMP的质量及其性质(费米子或玻色子,以及它与中微子或光子的耦合),等效中微子的数量和性质(费米子或玻色子)以及它们的退耦温度(它们与SM粒子的相互作用强度)之间存在简并。衡量内夫的标准比我们看到的要多。
2013-03-18 astro-ph.CO hep-ph
Searching for Neutrinos from WIMP Annihilations in the Galactic Stellar Disk
弱相互作用大质量粒子(WIMPs)是早期宇宙中产生的暗物质(DM)遗迹丰度的一个可行的候选者。到目前为止,WIMP还无法通过与重子物质的相互作用直接探测到。在太阳核心中累积的WIMP湮灭产生的中微子发射被认为是DM的一个特征,但尚未被探测到。这些零结果可能是由于晕中的小尺度DM密度波动,我们局部区域的密度低于平均值(约0.3 GeV/cm ^3)。然而,银河系星盘中WIMP湮灭产生的累积中微子信号对局部密度变化不敏感。在圆盘内部,暗物质可以被恒星捕获,导致湮灭率增加,因此中微子通量可能比在晕中其他地方观察到的更高。我们估计中微子通量的WIMP湮灭在恒星盘被增强超过一个数量级的中微子通量相比,从晕。我们根据直接探测实验获得的WIMP-核子截面,假设局域DM的密度约为0.3 GeV/cm ^3,对这种增强的通量进行了保守的估计。我们还比较了这些通量的可探测性与宇宙射线(CR)与星际介质(ISM)的相互作用在银河系中产生的扩散高能中微子的信号。这些比较信号应该可以被大型中微子探测器观测到。
2008-04-09 astro-ph hep-ph hep-th
BBN And The CMB Constrain Light, Electromagnetically Coupled WIMPs
在轻WIMP(< 30 MeV)存在下,WIMP的性质、与标准模型粒子的耦合、质量m_chi和超出标准模型的等效中微子数Δ N_nu之间存在简并。这些简并不能被CMB对中微子有效数N_eff的限制所打破。然而,大爆炸核合成(BBN)是由一个轻的WIMP和等效的中微子,所以BBN和CMB的组合可以打破一些简并。在这里,我们探讨了在存在轻弱相互作用和等效中微子的情况下BBN对丰度的预测,并利用观测确定的残余丰度估计值来限制m_chi、Δ N_nu和当前宇宙重子密度(Ω_B h ^2)。这些限制进行了探讨马约拉纳和狄拉克费米子WIMP,以及真正的和复杂的标量WIMP耦合到电子,正电子和光子。在另一篇论文中,我们对只与标准模型中微子耦合的弱相互作用粒子重复了这一分析,并对这两种情况的约束条件进行了对比。如果没有轻弱相互作用,但考虑到等效中微子,BBN和CMB的组合约束有利于N_eff = 3.46 +/- 0.17,Omega_B h^2 = 0.0224 +/- 0.0003,Delta N_nu = 0.40 +/- 0.17。在这种情况下,标准的BBN(Δ N_nu = 0)在~98%的置信度下是不利的,而一个无菌中微子(Δ N_nu = 1)的存在在> 99%的置信度下是不利的。如果同时考虑一个轻的WIMP和Delta N_nu等效中微子,BBN和CMB的组合数据提供了WIMP质量…
2014-04-04 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
A new approach to neutrino and WIMP detection using telecom-grade electrooptic and fiber-optic components
低能核反冲产生的密集能量沉积通过热声效应产生短暂而强烈的压力脉冲,可用于某些对声光扰动敏感的光纤设备中的WIMP或中微子检测。描述了几种可能的检测方案:所有这些方案都受到现代光纤传感器技术的启发,并具有低成本和预期对最低电离背景不敏感的共同特征。
2001-05-10 astro-ph hep-ex hep-ph
Searching for Dark Matter Annihilation into Neutrinos with Super-Kamiokande
这项工作提出了间接搜索暗物质(DM)作为WIMP(弱相互作用大质量粒子)使用超级神冈探测器从1996年到2014年记录的中微子数据。讨论了从太阳和银河系中寻找WIMP诱导中微子的结果。与预期的大气中微子背景相比,我们从太阳/银河系方向寻找过量的中微子。事件样本包括电子和μ子中微子,涵盖了广泛的中微子能量(GeV至TeV),灵敏度下降到几十个GeV的WIMP质量。分析中考虑了各种WIMP湮没模式。
2015-10-27 hep-ex hep-ph
GENIUS and the Genius TF: A New Observatory for WIMP Dark Matter and Neutrinoless Double Beta Decay
介绍了GENIUS的提议,并概述了它的一些物理潜力。针对DAMA和CDMS实验结果的矛盾,提出了一种新的实验装置--Genius TF。Genius TF可以同时利用WIMP核反冲信号和WIMP年调制信号探测DAMA证据区。此外,它可以证明探测器技术在GENIUS装置中实施的长期可行性,从这个意义上说,这将是实现GENIUS实验的第一步。
2001-03-07 hep-ph
Impact of COHERENT measurements, cross section uncertainties and new interactions on the neutrino floor
我们重新考虑的发现限制的多吨直接检测暗物质实验的光的相干弹性中微子核散射过程的最新测量。假设截面是完全由数据确定的参数,而不是使用其标准模型预测,我们使用相干CsI和LAr数据集来确定WIMP发现极限。基于数据驱动的方法,因此,结果不受理论假设的影响,并且落在XENONNT和DARWIN具有最佳预期灵敏度的WIMP质量区域内。我们进一步确定了次主导核形状因子和弱混合角不确定性对WIMP发现极限的影响。我们指出,这些影响虽然很小,但应予以考虑。此外,为了量化中微子背景中新物理效应的影响,我们重新审视了WIMP发现极限,假设光矢量和标量介质以及中微子磁矩/跃迁。我们强调,在中微子部门的新的相互作用的存在下,在一般情况下,倾向于恶化的WIMP发现限制。
2022-01-27 hep-ph
WIMPs in a 3-3-1 model with heavy Sterile neutrinos
在这项工作中,我们表明,从一个3-3-1规范模型的粒子谱与重不育中微子,我们可以有多达三个冷暗物质候选人作为WIMP。我们获得了它们的遗迹丰度,并分析了它们与最近的直接探测实验的兼容性,探索了解释CDMS-II报告的两个事件的可能性。一个有趣的结果,这个3-3-1模型,关于直接检测两个弱相互作用粒子的模型,是一个强约束的对称性破缺规模,这迫使它高于3 TeV。
2010-12-03 astro-ph.CO hep-ph
Looking for WIMPs through the neutrino fogs
Lawrence Berkeley National Laboratory(劳伦斯伯克利国家实验室);University of California, Berkeley(加州大学伯克利分校);INFN, Sezione di Firenze(意大利国家核物理研究所佛罗伦萨分部);LAPTh, Université Savoie Mont-Blanc et CNRS(萨瓦蒙布朗大学与法国国家科学研究中心拉普特实验室)
本文重新评估了大型氙探测器对WIMP的灵敏度,指出太阳中微子电子反冲与大气中微子核反冲共同构成“中微子雾”限制,并通过模拟量化背景污染,更新了排除或发现电弱WIMP所需曝光量的预测。
2026-10-12 astro-ph.CO hep-ex hep-lat
Radiative neutrino mass generation from WIMP dark matter
标准模型的最小跷跷板扩展需要两个电弱单态费米子才能在树水平上容纳中微子振荡参数。在这里,我们考虑一个次最小的扩展,轻中微子质量产生的辐射由两个电弱费米子:一个单线态和一个三重态下SU(2)。这些粒子在宇称对称下应该是奇的,它们的混合产生了一种稳定的弱相互作用的大质量粒子暗物质候选者。对于GeV-TeV范围内的质量,它再现了正确的遗迹密度,并在核反冲直接探测实验中提供了可观察的信号。暗物质中的费米子三重态成分具有规范相互作用,这使得它在目前和不久的将来的对撞机实验中有可能被探测到。
2016-01-25 hep-ph
Dynamics of WIMPs in the solar system and implications for direct and indirect detection
对太阳系中弱相互作用大质量粒子(WIMP)轨道演化的半解析处理表明,与未束缚粒子相比,束缚在太阳系中的WIMP可以使直接探测率提高一个数量级,并使地球中WIMP湮灭产生的中微子通量提高两个数量级。为了检验这些重要但不确定的结果,我们进行了一套数值轨道积分,探索作为一个函数的WIMP质量和散射截面与重子物质的约束WIMP人口的属性。在目前实验允许的WIMP参数空间范围内,我们发现:(1)相对于来自未束缚晕WIMP的直接探测率,束缚WIMP粒子数最多能提高~1%;(2)计划中的千米^3尺度中微子望远镜不太可能探测到来自地球WIMP湮灭的中微子;(iii)太阳中WIMP湮灭产生的中微子的事件率可能比通常的计算所暗示的要小得多,通常的计算假设散射到束缚轨道上的WIMP在太阳中迅速热化。
2008-10-14 astro-ph hep-ex hep-ph
Search for dark matter from the center of the Earth with ten years of IceCube data
利用IceCube十年数据搜索来自地球中心的暗物质信号,未发现显著超出背景的事件,但给出了世界领先的自旋无关WIMP散射上限。
2024-12-17 astro-ph.HE hep-ph
Neutrinos from WIMP annihilation in the Sun : Implications of a self-consistent model of the Milky Way's dark matter halo
WIMP与质子的自旋无关(SI)和自旋相关(SD)弹性散射截面的上限,由太阳中WIMP湮灭的中微子通量的超神冈(S-K)上限所施加,以及它们与WIMP参数空间的“DAMA兼容”区域的兼容性,在该区域内,DAMA/LIBRA实验与其他直接探测实验的零结果是兼容的,在银河系有限尺寸暗物质(DM)晕的自洽模型的框架内进行了研究,该模型的参数由银河系旋转曲线数据拟合确定。我们发现,作为WIMP质量的函数的WIMP-质子弹性截面上的S-K隐含上限对各种WIMP湮灭通道的分支分数施加严格的限制。对于SI相互作用,如果WIMP主要湮灭为$\bbarb$ \和/或$\cbarc$,则S-K上限与WIMP参数空间的DAMA兼容区域一致,如果WIMP湮灭为$\tautau$和$ν\anu$分别发生在大于约10%和0.1%的水平,则DAMA兼容区域的部分可以被排除。对于SD相互作用,对可能的湮灭通道的限制要严格得多,如果考虑中的相对低质量($\sim$ 2 - 20 GeV)WIMP主要湮灭为$\bbarb$、\ $\cbarc$、\$\tautau$和$ν\anu$终态的任何混合,则基本上排除了WIMP参数空间的DAMA兼容区域。
2012-05-21 astro-ph.GA hep-ph
WIMP-FIMP option and neutrino masses via a novel anomaly-free B-L symmetry
提出一种无反常的 $U(1)_{B-L}$ 模型,通过标量真空期望值层级区分 WIMP 和 FIMP 暗物质,实现两者共存并规避探测限制,同时探讨了 Majorana 中微子质量的高维算符。
2025-03-04 hep-ph
Indirect Detection of Dark Matter WIMPs in a Liquid Argon TPC
我们评估的前景间接检测弱相互作用的大质量粒子使用大型液态氩TPC探测器。信号事件将由高能电子(反)中微子组成,这些中微子来自太阳核心WIMP湮灭产生的$τ$轻子和$b$夸克的衰变。由于所考虑的实验装置提供了极好的角分辨率和粒子识别能力,来自大气中微子的背景污染预计是低的。我们评估的事件率作为其弹性散射截面与核子的函数的湮灭WIMP预测。这种技术对于轻于$\sim100$ GeV的WIMP特别有用
2004-10-14 hep-ph
Directly search for Ultra-High Energy WIMPs at IceCube
我研究的可能性,直接检测超高能(UHE从现在开始)的WIMPs的冰立方实验,通过WIMPs与冰中的原子核的相互作用。我评估银河系和河外UHE WIMP和天体物理和大气中微子事件率在能量范围为10 TeV - 10 PeV。我假设UHE WIMP $χ$只来自超重暗物质$ϕ$的衰变,也就是$ϕ\toχ\barχ$。如果超重暗物质$τ_ϕ$的寿命取为$5\times10^{21}$ s,则在该探测中可以探测到能量在O(40-100)TeV以上的WIMP。由于UHE WIMP通量实际上依赖于$τ_ϕ$,如果超重暗物质可以衰变到标准模型粒子(即$τ_ϕ$被限制为大于O($10^{26}$ - $10^{29}$)s),UHE WIMP就不能被IceCube探测到.
2019-01-02 astro-ph.HE hep-ph
Pseudoscalar Mediators: A WIMP model at the Neutrino Floor
由于其高度抑制截面(费米子)暗物质与标准模型通过赝标介质相互作用,预计在直接检测实验中基本上是不可观察的。我们考虑了一个简化的模型和一个更现实的模型的基础上扩展的两个希格斯偶极子模型和计算的有效暗物质-核子相互作用的主导单圈贡献。这种高阶修正完全控制了散射率,并且自然地,即对于一阶耦合,导致在中微子底附近的直接检测截面。考虑到所观察到的遗迹密度和低能量可观测量的限制,我们详细分析了直接探测的前景,并找到了即将到来的直接探测实验(如XENONNT,LZ和DARWIN)所能达到的参数空间区域。
2018-03-27 hep-ph
Halo-independent bounds on the non-relativistic effective theory of WIMP-nucleon scattering from direct detection and neutrino observations
我们结合实验的限制,从直接探测搜索和中微子望远镜寻找WIMP湮灭在太阳上的有效非相对论性哈密顿量,驱动散射过程的核的WIMP自旋1/2的28 WIMP质子和WIMP中子耦合的每一个上的晕独立的界限。该方法假设速度分布在太阳系尺度上是归一化的、均匀的,以及WIMP在太阳中的俘获和湮灭之间的平衡,并需要固定WIMP湮灭通道(我们假设$b\bar{b}$)。我们认为一个单一的非零耦合的时间,并发现,对于大多数的耦合的松弛度的晕独立的边界相比,通过假设标准的晕模型是有少数例外相对温和的低和高的WIMP质量制度,在那里它可以小到一个因素的$\simeq 2$,而在10 GeV和200 GeV之间的中间质量范围内,它可以与$\sim 10^3$一样大。这种一般模式的一个例外,与更温和的值的束缚弛豫,观察自旋相关的WIMP质子耦合的情况下,没有或相对较小的动量抑制,其中WIMP捕获强烈增强,因为它是由散射事件驱动关闭$^1H$,这是太阳中最丰富的目标。在这类算子中,对于仅由速度依赖项驱动的相互作用,松弛特别小,与直接检测相比,太阳捕获信号增强,这要归功于太阳内散射WIMP的最高速度,这是由于更大的引力加速度。
2023-03-07 astro-ph.CO hep-ph
Beyond the Veil: Charting WIMP Territories at the Neutrino Floor
本文为终极暗物质直接探测实验建立WIMP理论基准,系统分析热冻结与冻结产生机制及非标准宇宙学对可探测参数空间的影响,为逼近中微子地板的下一代实验提供路线图。
2025-07-22 hep-ph
Dark matter in the solar system I: The distribution function of WIMPs at the Earth from solar capture
下一代暗物质(DM)直接探测实验和中微子望远镜将探测大片的暗物质参数空间。为了解释这些实验中的信号,有必要有一个好的模型,既有晕DM流通过太阳系和DM的人口绑定到太阳系。在本文中,第一个在一系列的三个DM在太阳系中,我们提出了模拟的轨道DM绑定到太阳系的太阳能捕获在一个玩具太阳系中只包括太阳和木星,假设DM由一个单一的物种的弱相互作用大质量粒子(WIMP)。我们描述了如何绑定的WIMP人口的大小取决于WIMP质量,自旋无关的截面,和自旋相关的截面。使用银河DM晕的标准描述,我们发现,与当前实验对WIMP-核子截面的限制一致,直接探测事件率的最大增强相对于来自晕WIMP的事件率< 1%,而来自地球中心WIMP湮灭的中微子的事件率不太可能满足下一代km^3大小的阈值。(IceCube,KM 3 NeT)中微子望远镜。
2009-02-09 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
WIMP capture by the Sun in the effective theory of dark matter self-interactions
在暗物质自相互作用的非相对论有效理论中,我们研究了太阳对WIMP暗物质的俘获。其目的是评估自相互作用对预期的中微子通量的影响,从湮灭的WIMP被困在太阳中的模型独立的方式。我们考虑所有的非相对论性伽利略不变的自相互作用算子,可以产生从交换的重粒子的自旋小于或等于1的WIMP的自旋等于0,1/2和1。我们表明,相互作用的运营商依赖于最线性的动量转移,WIMP诱导的中微子通量可以增强几个数量级相比,相同的流量在没有自相互作用。这是真的,即使是标准值的热平均湮灭截面。这一结论影响了对中微子望远镜目前和未来观测结果的分析。
2016-09-15 astro-ph.CO hep-ph
Planck Scale Origin of Non-zero $θ_{13}$ and Super-WIMP Dark Matter
我们研究了中微子质量和暗物质的离散味对称的情况下,这种全球离散对称性可以明确地打破在普朗克尺度,可能是引力效应。这种离散对称性的明确破缺模拟了模型中普朗克抑制的算子,这对中微子和暗物质扇区可能产生重要的影响。特别地,我们研究了一个味对称模型,在重整化水平上,产生了三双峰型中微子混合与消失的反应堆混合角$θ_{13}=0$,一个稳定的惰性标量二重态行为像一个弱相互作用的大质量粒子(WIMP)和一个稳定的单线态惰性费米子,不与任何其他粒子相互作用。普朗克抑制算子的引入明确打破了离散对称性,可以产生与中微子数据一致的非零$θ_{13}$,也打开了惰性标量二重态到单重态中性惰性费米子的衰变通道,从而实现了超WIMP暗物质场景。我们表明,正确的中微子现象可以在这个模型中得到,同时讨论三个不同的实现的超级WIMP暗物质的情况。
2019-09-03 astro-ph.CO hep-ph
Neutrinos From Particle Decay in the Sun and Earth
弱相互作用大质量粒子(WIMPs)可以通过观测在太阳和/或地球中积累的WIMPs湮灭产生的高能中微子诱导的向上μ介子来间接检测。高能μ介子中微子来自于$τ$轻子、$c$、$b$和$t$夸克、规范玻色子和由WIMP湮灭产生的希格斯玻色子的衰变。我们提供的解析表达式,适合于计算向上的μ子的通量,中微子的能量谱从所有这些粒子在太阳和地球的中心衰变。这些解析表达式应该满足蒙特卡罗计算向上μ子通量的需要。我们研究了规范玻色子的极化对中微子谱的影响,发现它们是很小的。我们还提出了简单的表达式的中微子分布的二阶矩,可用于估计的中微子诱导的μ子从WIMP湮灭的观察率。
1994-07-22 astro-ph hep-ph
Dark matter in the solar system III: The distribution function of WIMPs at the Earth from gravitational capture
在这最后一个系列的三个弱相互作用大质量粒子(WIMP)的暗物质在太阳系中,我们专注于WIMP绑定到系统的引力散射了行星。我们提出了一个玩具太阳系中的WIMP轨道模拟只包括太阳和木星。正如以前的工作所建议的,我们发现,在地球上的引力捕获的WIMP的密度是小的,在很大程度上不敏感的弹性散射在太阳的细节。然而,我们发现引力捕获的WIMP的密度可能会受到外部银河系引力场的影响。如果这些场不重要,那么地球上引力捕获的WIMP的密度应该与太阳系中弹性散射捕获的WIMP的最大密度相似。使用标准的假设晕WIMP分布函数,我们发现,引力捕获的WIMP的直接检测事件率的贡献可以忽略不计。虽然这些WIMP确实主导了地球中WIMP的湮灭率,但中微子望远镜中的事件率太低,无法在下一代中微子望远镜中观察到。
2009-02-09 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Neutrino portals to MeV WIMPs with s-channel mediators
本研究构建了满足标准模型规范不变性的标量/费米子暗物质紫外完备模型,暗物质通过s道标量或赝标量媒介子湮灭为中微子且由轻子数对称性稳定,其参数空间可由在建中微子探测器与CMB-S4联合几乎完全探测,用于检验热退耦范式。
2025-03-24 hep-ph
Light WIMPs And Equivalent Neutrinos
非常轻的WIMP(chi),在早期宇宙后期湮灭的热遗迹,改变了BBN和复合时的能量和熵密度。BBN与CMB相结合,可以消除轻WIMP和等效中微子之间的一些简并性,限制它们的存在和性质。根据光WIMP(马约拉纳或狄拉克费米子,实标量或复标量)的性质,联合BBN + CMB分析将下限设定为0.5 - 5 MeV(m_chi/m_e > 1 - 10)的范围内的m_chi,它们确定了5 - 10 MeV范围内的m_chi的最佳拟合值。BBN + CMB联合分析发现等效中微子数的最佳拟合值Δ N_nu ~ 0.65,几乎与WIMP的性质无关。在没有轻WIMP(m_chi > 20 MeV)的情况下,N_eff = 3.05(1 + Delta N_nu /3)。在这种情况下,BBN和CMB之间有很好的一致性,但联合拟合显示Δ N_nu = 0.40+-0.17,不利于标准大爆炸核合成(SBBN)(Δ N_nu = 0)在~ 2.4 sigma,以及一个不育中微子(Δ N_nu = 1)在~ 3.5 sigma。最佳的BBN + CMB联合拟合不利于暗辐射的缺乏(Δ N_nu = 0,约95%的置信度),而允许存在无菌中微子(Δ N_nu = 1,约1 σ)。对于这里考虑的所有情况,锂问题仍然存在。这些结果在TAUP 2013会议上发表,基于Nollett & Steigman(2013)。
2014-02-21 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
WIMPs Below the Radar: Blind Spots and Benchmarks Beyond the Neutrino Floor
本研究探讨三类WIMP模型如何通过抑制自旋无关截面规避直接探测,并利用环致效应填充现有约束与中微子地板之间的参数空间,为暗物质基准场景提供理论指导。
2025-06-23 hep-ph
Low Mass WIMP Searches with a Neutrino Experiment: A Proposal for Further MiniBooNE Running
一项提交给FNAL PAC的建议描述了在MiniBooNE寻找轻亚GeV WIMP暗物质。引导光束通过目标并进入吸收体的可能性导致中微子背景的显着减少,从而允许在检测器中灵敏地搜索WIMP从核子或电子的弹性散射。涉及矢量介质的暗物质模型可以在与所需的热遗迹密度一致的参数区域中进行探测,并且该参数区域与这些模型可以解决μ子g-2差异的区域重叠。估计信号的显着性提出了各种操作模式和参数点。将MiniBooNE应用于轻WIMP搜索的实验方法也可能适用于其他中微子设施。
2012-11-09 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Prospects of Indirect Searches for Dark Matter at INO
弱相互作用大质量粒子(WIMP)在太阳中心的湮灭可能会引起中微子通量。我们研究了在即将到来的铁量热计(ICAL)探测器上寻找这些中微子的前景,该探测器将被安置在印度的中微子天文台(INO)。我们进行ICAL模拟,以获得探测器的效率和分辨率,以模拟μ介子事件在ICAL由于中微子来自湮灭的WIMP在质量范围$m_χ= (3-100)$ GeV。大气中的中微子构成了这些间接探测研究的主要背景,并且可以使用信号仅来自太阳方向的事实来减少。对于一个给定的WIMP质量,我们找到了开角$θ_{90}$,使得90%的信号事件包含在这个角度内,并使用这个圆锥切割标准来减少大气中微子背景。然后,通过INO的太阳暴露函数对减少的背景进行加权,以获得给定WIMP质量的最终背景光谱。我们进行了$χ^2$分析,并提出了预期的排斥区域的$σ_{SD}-m_χ$和$σ_{SI}-m_χ$,其中$σ_{SD}$和$σ_{SI}$是WIMP核子自旋相关(SD)和自旋无关(SI)散射截面,分别。对于10年暴露和PDMATHAMT GeV,预期90\ %C. L.对于$τ^{+} τ^{-}$湮灭通道,排除极限为$σ_{SD} < 6.87\times 10^{-41}$ cm $^2$和$σ_{SI} < 7.75\times 10^{-43}$ cm $^2$,对于$b~\bar b $通道,排除极限为$σ_{SD}…
2018-05-03 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Neutrino Mass, Coupling Unification, Verifiable Proton Decay, Vacuum Stability and WIMP Dark Matter in SU(5)
具有Higgs表象${24}_H$和$5_H$以及${\bar 5}_F\oplus {10}_F$中的标准费米子的非超对称最小SU(5),因其不能统一规范耦合和不能预测中微子质量而闻名。与标准模型一样,它也受到Higgs标量势不稳定性的影响。我们注意到,通过${75}_H$和${15}_H$扩展Higgs扇区不仅导致了流行的II型跷跷板中微子质量与三重态质量$M_Δ > 2\times 10^9$ GeV的下限,而且还实现了规范耦合的精确统一,而没有非标准的轻Higgs标量或费米子在TeV尺度附近的扩散。与最近的LUX-2016下限一致,该模型很容易容纳TeV尺度附近的单重标量WIMP暗物质,即使在包含重三重态阈值效应后,也解决了真空稳定性问题。我们估计质子寿命的预测$p\to e^+π^0$包括由于输入参数和阈值效应由于超重希格斯标量和超重$X^{\pm 4/3},Y^{\pm 1/3}$规范玻色子的不确定性。注意到预测的寿命在超级神冈和超神冈实验中是可验证的。
2018-07-02 hep-ph
Strong New Limits on Light Dark Matter from Neutrino Experiments
GeV级WIMP的未探测导致人们对更一般的候选者,包括亚GeV暗物质的兴趣增加。直接探测实验尽管对WIMP的灵敏度很高,但在很大程度上对亚GeV的暗物质视而不见。最近的研究表明,宇宙射线与亚GeV暗物质的弹性散射既会改变观测到的宇宙射线光谱,也会产生相对论性暗物质流,这可以用传统的暗物质实验以及更大、更高阈值的中微子探测器探测到。使用以前没有考虑的数据,探测器和分析技术,我们大大增加了参数空间的区域排除中微子实验的暗物质-核子和暗物质-电子弹性散射。我们还展示了如何进一步提高暗物质对光的敏感性。
2021-08-10 astro-ph.HE hep-ph