Dark Matter vs. Neutrinos: The effect of astrophysical uncertainties and timing information on the neutrino floor
未来的多吨级直接探测实验将对太阳中微子引起的核反冲敏感，这些核反冲形成了光暗物质搜索的不可约背景。事实上，对于6 GeV左右的质量，中微子和暗物质的光谱是如此相似，以至于实验会遇到中微子底，对于中微子底，灵敏度只会随着暴露超过某个截面而略微增加。在这项工作中，我们表明，这个地板可以克服使用不同的年度调制预期从太阳中微子和暗物质。具体而言，对于中微子地板以下的截面，DM信号是通过相移和随时间变化的事件率的较小幅度可观察到的。这允许排除功率对于大曝光提高高达一个数量级。此外，我们证明了中微子地板存在于一个更广泛的质量范围比以前已经显示，因为大的不确定性，在暗物质速度分布，使信号光谱难以区分中微子背景。然而，对于大多数速度分布的中微子地板仍然可以超越使用定时信息，虽然某些速度流可能证明是有问题的。
2015-03-09 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino Floor in Leptophilic $U(1)$ Models: Modification in $U(1)_{L_μ-L_τ}$
在本工作中，我们研究了超标准模型（BSM）的亲轻子U（1）模型，即$ U(1)_{L_μ-L_e}$，$U(1)_{L_e-L_τ}$和$U(1)_{L_μ-L_τ}$对相干弹性中微子-核散射（CE $ν$ NS）的影响，从而它对暗物质（DM）直接探测实验的影响。对这些模型施加最新的相关实验约束，我们得到$\mathcal{O}(50\%)$增强的情况下，$U(1)_{L_μ-L_τ}$在区域$m_Z' \approx 20~$兆电子伏。随后，我们观察到，在CE $ν$ NS中看到的增强大致转化为中微子散射事件率的2.7倍（对于基于锗的探测器）和1.8倍（对于基于氙的探测器）的增强，这最终将中微子底增强相同的量。这种增强在DM质量小于10 GeV的区域中更为突出。导致这种增强的模型参数空间，可以同时解释异常μ子磁矩（$(g-2)_μ$）和观测到的DM遗迹密度，在一个修改的方案。中微子本底的增强需要在未来的DM直接探测实验中增加DM-核子散射事件的数量，以确定它们本身是DM信号事件。在没有任何DM信号的情况下，这些实验可以直接用于测量中微子速率，量化BSM效应。
2021-01-18 hep-ph
How high is the neutrino floor?
本文计算了中微子区新物理模型对中微子-核相干弹性散射截面的贡献。我们使用这些信息来计算直接暗物质探测实验中所谓的中微子底的最大值，这决定了这些探测器何时对中微子背景敏感。在不同的简化中微子模型中考虑了所有相关的实验约束后，我们发现在标量介质的情况下，在质量低于10 GeV的暗物质区域，中微子底可以增加不同的数量级，然而，这种壮观的增强是受超新星边界的重新检查。载体介体的增加大约是两倍。根据这些结果，如果发现的信号远高于预期的标准模型中微子下限，则必须仔细检查未来通过直接探测实验探索低质量窗口的说法。
2019-08-21 astro-ph.CO hep-ph
Fog on the horizon: a new definition of the neutrino floor for direct dark matter searches
中微子底是类似WIMP的暗物质模型的理论下限，在直接探测实验中是可验证的。它通常被解释为暗物质信号隐藏在与中微子非常相似的背景下的点。然而，一段时间以来，人们已经知道中微子底并不是一个硬极限，而是可以通过足够的统计数据被推过去。因此，一些人最近主张将其称为“中微子雾”。目前推导中微子底的方法的缺点是它们依赖于实验曝光和能量阈值的任意选择。在这里，我们建议定义的中微子地板的边界的中微子雾，并开发一个计算摆脱这些假设。该技术是基于一个假设的实验发现极限的衍生物作为曝光的函数，并导致中微子地板，只受系统的不确定性的中微子通量归一化。我们的底与文献中发现的底大致相似，但在亚GeV范围内和20~GeV以上几乎相差一个数量级。
2021-12-16 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Dark Matter Search at Colliders and Neutrino Floor
直接探测暗物质（DM）的灵敏度接近所谓的中微子底，在中微子底以下，很难将DM候选者与背景中微子分开。在这项工作中，我们考虑的情况下，没有DM信号报告在各种DM的直接检测实验，并探讨碰撞机搜索是否可以探测DM下的中微子地板。我们采用了几种简化模型，其中DM候选者通过高维算符只与标准模型中的电弱规范玻色子或轻子耦合。包括RGE运行效果后，我们调查直接检测，间接检测和碰撞搜索的约束。对撞机搜索可以探测到中微子层下的轻DM。特别是对于$\barχχB_{μν}B^{μν}$的有效相互作用，目前13 TeV LHC的单光子通道数据已经覆盖了中微子层的整个参数空间。
2020-06-23 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Solar Atmospheric Neutrinos: A New Neutrino Floor for Dark Matter Searches
众所周知，暗物质直接探测实验最终将受到“中微子地板”的限制，这是由于MeV中微子对原子核的散射，例如，太阳的核聚变在这里，我们指出了一个新的“中微子地板”的存在，这将同样限制与太阳的间接检测，由于宇宙射线与太阳大气相互作用的高能中微子。我们有两个关键发现。首先，太阳大气中微子$\lesssim 1$ TeV导致标准WIMP场景的灵敏度下限，其中更高能量的中微子被太阳吸收。只要目前的敏感度提高一个数量级，就将达到这一下限。第二，对于中微子$\gtrsim 1$ TeV，它可以通过μ子能量损失率分离出来，太阳大气中微子应该很快就可以在冰立方中探测到。这一发现将有助于探索太阳磁场对宇宙射线的复杂影响。这些事件将成为具有长寿命介质的WIMP场景的背景，因为更高能量的中微子可以从太阳逃逸。
2017-11-15 astro-ph.HE hep-ex 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
Neutrino Discovery Limit of Dark Matter Direct Detection Experiments in the Presence of Non-Standard Interactions
相干中微子-核散射的相干合作的检测设置在定量的基础上存在一个不可约的中微子背景的直接检测搜索弱相互作用的大质量暗物质的候选人。这种背景导致了这些实验的最终发现极限：最小暗物质相互作用截面，低于该截面，相干中微子散射产生的事件将模仿暗物质信号，即所谓的\emph{neutrino floor}。在这项工作中，我们研究的非标准中微子相互作用引起的中微子地板在其目前允许的值内的振荡和相干数据的整体分析的修改。通过使用这样的全球分析的全似然信息，我们一贯占的非标准中微子相互作用的相关影响，无论是在物质中的中微子传播，并在其相互作用的检测器。我们量化了它们对未来五个实验的中微子地板的影响：DARWIN（DARWIN），ARGO（Ar），Super-CDMS HV（Ge和Si）和CRESST第三阶段（CaWO $_4$）。定量地，我们发现，在$3σ$水平允许的非标准中微子相互作用可以导致中微子地板的增加高达$\sim 5$的一个因素，相对于标准模型的预期和影响ARGO，CRESST第三阶段和DARWIN实验的预期灵敏度。
2018-07-05 hep-ph
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
The neutrino floor at ultra-low threshold
通过降低它们的能量阈值，直接搜索暗物质可以达到中微子底，实验技术正在发展中。用$\sim 10$ eV的核反冲能阈值和50 kg·yr的辐照量可以探测到~ 7 Be通量。pep通量可以用$\sim 3$吨-年暴露量来检测，并且CNO通量的第一次检测可以用类似的暴露量来检测。pp通量可在$\sim$ eV阈值和仅$\sim$ kg-年暴露量下检测到。这可能是第一次对低能太阳中微子通量进行纯中性电流测量。测量这种通量对于寻找低质量暗物质和了解太阳内部是很重要的。
2016-04-04 astro-ph.CO hep-ph
Can we overcome the neutrino floor at high masses?
中微子底是弱相互作用大质量粒子（WIMP）参数空间中的一个障碍，由于中微子几乎不可约的背景，在其以下的发现受到阻碍。定向气体时间投影室可以区分太阳中微子，相关的WIMP质量$\lesssim$ 10 GeV。在更高的质量$\gtrsim$ 100 GeV的地板是由大气中微子的背景。在这一部分的地板下探测将需要非常大的目标曝光。由于基于气体的探测器在这种规模下会非常大，我们重新评估了液体惰性实验探测中微子底部以下的前景。我们结合所有潜在的方法减去中微子背景，以确定有多少这难以达到，但动机良好，参数空间是可行的。最值得注意的是，我们量化是否在氙和氩实验中提出的定向信号称为“柱状重组”可以帮助完成这项任务。我们发现，即使这种效果的强度被放大超出目前的实验结果，重组信号中包含的方向信息的数量太低，现实歧视大气中微子背景。相反，受益于DUNE和JUNO等实验对中微子通量的精确测量，将是推动直接WIMP搜索到中微子底部以下的最实用手段。对于氙和氩实验的最终全球协调，我们表明中微子地板是一个可以克服的障碍。100 GeV超对称WIMP的直接探测最终可能是触手可及的。
2020-09-25 astro-ph.CO hep-ex 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
Impact of reactor antineutrinos on the neutrino floor in low-mass WIMP-like dark matter searches
National Institute of Science Education and Research, an OCC of Homi Bhabha National Institute（印度科学教育与研究国家研究所，霍米·巴巴国家研究所的附属机构）
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
Asymptotic Analysis on Binned Likelihood and Neutrino Floor
本文针对暗物质探测中的中微子地板问题，提出渐近解析方法和准Asimov数据集两种新方法，显著加速剖面分箱似然比检验的计算并解决Asimov数据集失效情形。
2023-08-08 hep-ex hep-ph
Semi-dark Higgs decays: sweeping the Higgs neutrino floor
我们研究了奇异的希格斯衰变$h \to Z X$，其中$X$是一种不可见的超越标准模型（SM）的粒子，导致半暗的最终状态。这种奇特的希格斯衰变可能发生在类轴子粒子（ALP）、暗光子或SM和暗物质之间的赝标量介质的理论中。SM过程$h\to Zν\barν$代表了这些新物理搜索的不可约的“中微子地板”背景，也为它们提供了目标实验灵敏度。我们分析了$h \to Z + \text{invisible}$搜索在大型强子对撞机和未来的ILC，表明这些外来的希格斯衰变可以产生敏感性的参数空间的ALP和暗物质模型的未开发区域。
2022-06-02 hep-ex hep-ph
Bounds on Cosmic Ray-Boosted Dark Matter in Simplified Models and its Corresponding Neutrino-Floor
我们研究宇宙射线上散射的暗物质在简化模型，包括光介质的直接检测范围。我们发现，在散射截面的能量依赖性是显着的，并产生更强的边界比以前发现的（假设恒定的截面）在低DM质量的许多数量级。最后，我们计算的“中微子地板”，将限制未来的直接探测宇宙射线向上散射的暗物质的搜索。虽然我们专注于矢量相互作用的说明，我们强调，能量依赖性是至关重要的，在确定准确的界限任何粒子物理模型的暗物质-CR相互作用的实验数据在这种情况下。
2019-07-30 astro-ph.CO hep-ph
A neutrino floor for the Migdal effect
研究探讨了液氙探测器中中微子-原子核散射的Migdal效应，指出其构成暗物质探测的不可约本底，并发现非标准相互作用可在0.1 keV处产生显著电离峰。
2024-05-18 hep-ex hep-ph
Dark matter, light mediators, and the neutrino floor
我们分析了未来的直接数据物质检测实验使用有效场论（EFT）运营商与光，$\lesssim 100$兆电子伏的质量介质。我们比较这些运营商的核反冲能谱预测的高能太阳中微子谱。一组运营商，产生光谱类似的中微子背景的确定，但这一套是不同的，从那些模仿中微子背景的重，$\gtrsim 100$兆电子伏的质量介质。我们概述了一个一般的分类方案的基础上的动量依赖的暗物质-核相互作用，以确定如何强大的发现极限为一个给定的运营商饱和的中微子背景的存在。我们的研究结果突出了考虑一个关于暗物质的一般理论框架的好处，并促使实验继续朝着更低的核反冲能量阈值的方向发展。
2016-07-06 astro-ph.HE hep-ph
Probing dark matter below the neutrino floor through NMSSM Higgs cascade decays at the HL-LHC
Henan University（河南大学）；University of Shanghai for Science and Technology（上海理工大学）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）
本研究通过NMSSM中希格斯级联衰变产生双光子和缺失横动量信号，在HL-LHC上探测低于中微子背景的中性伴随暗物质，预期显著性约6.1σ。
2026-09-23 hep-ph
Primordial Black Hole Dark Matter evaporating on the Neutrino Floor
原初黑洞（PBH）假设产生于宇宙生命的最初时刻，是潜在的暗物质（DM）候选者。针对质量在$[5 \times10^{14} - 5 \times 10^{15}]$ g范围内的PBHs，指出PBHs蒸发产生的中微子可以通过相干弹性中微子核散射（CE $ν$ NS）相互作用，在多吨DM直接探测实验中产生可观测的信号.我们表明，与高曝光设想的下一代设施，它将有可能设置边界上的部分DM组成的PBH改善现有的中微子极限与超级神冈。我们还量化到什么程度的信号源自一小部分DM的PBH的形式将修改所谓的“中微子地板”，众所周知的障碍对检测弱相互作用大质量粒子（WIMPs）的占主导地位的DM组件。
2021-06-04 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Gravitational waves from scale-invariant vector dark matter model: Probing below the neutrino-floor
本文研究了在标度不变的标准模型（SM）中，用暗$ U(1)_{D} $规范对称性扩大的电弱相变过程中产生的引力波谱。这种对称性包含了一个矢量暗物质（DM）候选者和一个标量场（标量）。由于尺度不变性，该模型只有两个独立的参数，并且在受DM残余密度约束的参数空间中，可以发生强烈的一级电弱相变。在该模型中，对于参数空间的一个狭窄部分，DM-核子截面低于中微子下限，因此，它不能被未来的直接探测实验所探测。然而，对于这个狭窄区域的基准点，我们发现相变GW谱的幅度和频率落在基于空间的GW探测器（如eLISA）的观测窗口内。
2020-03-04 gr-qc hep-ph
Dark matter astrophysical uncertainties and the neutrino floor
通过直接探测寻找弱相互作用大质量粒子（WIMPs）面临着中微子-核相干散射的背景干扰。对于给定的WIMP质量，中微子构成主导背景的截面取决于来自太阳、超新星或大气宇宙线碰撞的每个中微子源通量的不确定性。然而，对于预测的WIMP信号的天体物理成分也有相当大的不确定性。太阳相对于银河系暗物质晕的速度、WIMP的局部密度以及WIMP速度分布的形状都对直接探测实验中预期的事件率有影响，因此将改变中微子是重要背景的WIMP参数空间的区域。在这项工作中，我们扩展了WIMP+中微子分析占的不确定性的天体物理依赖的WIMP信号。我们展示了不确定性对预测发现极限的影响，重点是低WIMP质量（小于10 GeV）时，太阳中微子背景是最重要的。我们发现，对天体物理不确定性的解释改变了作为WIMP质量函数的中微子底的形状，但也导致它出现在更大数量级的截面上，非常接近现有的实验极限--这表明中微子背景将比之前想象的更早成为一个问题。我们还探讨了中微子如何阻碍WIMP参数的估计，以及天体物理学的不确定性如何影响WIMP和中微子的歧视与使用各自的时间依赖性。
2016-04-13 astro-ph.CO hep-ph
Probing bino-wino coannihilation dark matter under the neutrino floor at the LHC
在最小超对称标准模型（MSSM）中，双星共湮灭提供了一种可行的方法来容纳观测到的宇宙学暗物质（DM）遗迹密度。然而，这样的情况下，通常预测一个非常小的DM-核子散射截面，是中微子地板下，不能被DM直接检测实验。在这项工作中，我们调查的发现潜力，这bino-wino共湮灭区通过寻找软双轻子事件的过程$pp \to χ^0_2 (\to \ell^+\ell^- χ^0_1) χ^\pm_1+jets$在大型强子对撞机。我们发现在积分亮度光度为${\cal L}=300$ fb $^{-1}$的$2σ$（$5σ$）能级上，可以探测到$χ^0_2$的质量约为310（230）GeV.在未来具有3000 fb $^{-1}$光度的HL-LHC中，相应的质量极限可以被推高到430（330）GeV。
2018-06-12 hep-ex hep-ph
Sensitivity floor for primordial black holes with neutrino searches
本研究通过多个中微子探测器对天体物理反电子中微子通量的零观测，将原始黑洞作为暗物质主导组分的质量约束设定为高于6.4×10^15 g，并指出弥散超新星中微子背景导致灵敏度底限，使探测器难以识别质量高于9×10^15 g且占暗物质100%的原始黑洞。
2024-09-24 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
No $ν$ floors: Effective field theory treatment of the neutrino background in direct dark matter detection experiments
区分暗物质与天体物理中微子的相互作用将是未来直接寻找暗物质的主要挑战。在本文中，我们在非相对论性有效场论（EFT）中考虑了这个问题，该理论为确定对暗物质散射事件的核响应提供了一个良好的理论框架。我们分析了不同的暗物质-核子EFT算符的核能反冲能谱，并与天体物理中微子源诱导的核能反冲能谱进行了比较。我们确定，对于14个可能的算子中的11个，暗物质诱导的反冲光谱可以与现在正在追求的中等尺寸探测器技术的相应中微子诱导的反冲光谱干净地区分开来，例如，这些算符需要0.5吨年才能与低质量暗物质的中微子背景区分开来。我们的研究结果意味着，在大多数模型中，具有良好能量分辨率的探测器将能够区分暗物质信号和中微子信号，而不需要更大的探测器，因为它们必须依赖于来自时间或方向的额外信息。
2016-02-17 astro-ph.CO hep-ph
Charting Dark Matter down to the neutrino floor/fog in the 2HD+a scenario
Universita degli Studi di Messina（墨西拿大学）；INFN Sezione di Catania（意大利国家核物理研究所卡塔尼亚分部）；Universidad de Granada（格拉纳达大学）；University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）
研究2HD+a模型中热产生WIMP能否自然进入中微子雾区，发现强抑制混合极限下环图直接探测截面落入雾区，单分量DM质量>100 GeV时位于中微子地板下，两分量场景受现有限制。
2026-06-24 hep-ph
Light Dark Matter Detection and Neutrino Floor: Role of Anomalous $(g-2)_μ$
本文研究反常缪子磁矩$(g-2)_μ$对GeV尺度暗物质探测的影响，发现$U(1)_{L_μ-L_τ}$模型中$Z'$玻色子可解释偏差并增强中微子背景，直接探测约束比间接探测更严格，亚GeV暗物质探测前景更佳。
2023-08-31 hep-ph
Probing below the neutrino floor with the first generation of stars
我们表明，仅仅观察宇宙中的第一颗恒星（波普III星），就可以用来对暗物质和常规重子物质之间的相互作用强度进行严格的限制。我们应用这种技术的候选人波普III恒星复杂的发现与哈勃太空望远镜在$z \sim 7$，并找到边界的竞争力，甚至比目前的直接检测实验，如氙1 T，暗物质粒子的质量（$m_X$）大于约$100$ GeV。我们还表明，发现足够大的波普III星可以用来绕过直接检测实验的主要限制：中微子的背景，他们很快就会敏感。
2021-04-01 astro-ph.CO hep-ph
Nuclear and electron scattering by neutrinos and dark matter in condensed systems
Sam Houston State University（山荷斯顿州立大学）；The University of Melbourne（墨尔本大学）；University of Rhode Island（罗德岛大学）
本文研究了中微子和暗物质在凝聚系统中的散射，通过计算集体激发，探讨了低阈值暗物质探测器的灵敏度及中微子物理的新场景。
2025-10-08 hep-ph
Neutrino fog in the light dark sector: the role of isospin violation
研究在BSM暗物质扩展中同位旋破坏相互作用如何通过新规范玻色子改变CEνNS截面和中微子底线，分析其对暗物质直接探测实验上限的影响。
2025-08-07 hep-ph
Solar Neutrinos in Cryogenic Detectors
本文研究低温固态实验中太阳中微子CEνNS信号，分析pp、$^{7}$Be和CNO中微子通量灵敏度，并表明eV级阈值、吨年曝光量的CaWO$_{4}$或Al$_{2}$O$_{3}$实验可在中微子地板中发现暗物质信号。
2024-10-21 astro-ph.CO hep-ph
Readout strategies for directional dark matter detection beyond the neutrino background
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。随着这些实验灵敏度的提高，如何最好地区分暗物质信号和中微子的问题将变得越来越重要。一种克服这种所谓的“中微子地板”的方法是利用中微子和暗物质引起的反冲所具有的方向性特征。我们表明，定向实验确实可以探测弱相互作用核子截面以下的中微子地板的灵敏度损失很小，由于中微子背景。特别是，我们发现在低WIMP质量（约6 GeV）时，定向探测器的发现极限比非定向极限低几个数量级。对于高WIMP质量（约100 GeV），非方向性的限制是克服了几个因素。此外，我们表明，即使是定向探测器，只能测量1-或2-维投影的3维反冲轨道，发现的潜力只减少了3倍。我们还表明，虽然定向探测器的实验局限性，如感官识别和有限的角分辨率，有不利影响的发现限制，它仍然是可能的，以克服最终的中微子背景所面临的非定向探测器。
2015-09-18 astro-ph.CO hep-ph
Impact of Coherent Neutrino Nucleus Scattering on Direct Dark Matter Searches based on CaWO$_4$ Crystals
大气和太阳中微子相干散射离开目标核将是下一代直接暗物质搜索的重要背景源。在这项工作中，我们专注于钨酸钙作为靶材。为了与现有的作品相比，我们计算中微子地板指示的灵敏度可以达到中微子背景出现之前。此外，我们调查的灵敏度，未来的直接暗物质搜索使用CRESST-II类探测器。扩展以前的工作，我们考虑到可实现的能量分辨率和阈值，以及本调查的β和γ背景。我们表明，探测中微子地板下的WIMP核子截面是可能的$\gtrsim10$千克-年或更高的曝光。在第三部分中，我们表明，使用相同的探测器和背景的大气和太阳中微子的相干中微子核散射的第一次检测是可行的曝光量为$\gtrsim50$千克-年。
2015-03-17 hep-ph physics.ins-det
Dark matter, CE$ν$NS and neutrino new physics scrutinized by a statistical method in Xenon-based experiments
本文研究氙基暗物质实验中暗物质与中微子新物理同时存在时的区分问题，提出基于核反冲与电子反冲谱的统计区分方法，并分析其对暗物质-核子相互作用排除限的影响。
2024-11-25 hep-ph
Freeze-in Production of Sterile Neutrino Dark Matter in U(1)$_{\rm B-L}$ Model
随着新的和更灵敏的直接探测实验的出现，暗物质（DM）的热WIMP解释的范围已经变得非常狭窄。在这些实验中没有观测到热WIMP，这使得WIMP-核子散射截面有了很大的上限，在几年内它很可能触及中微子底。因此，在所有的可能性，DM可能有一些非热起源。本文在U（1）$_{\rm B-L}$模型的框架下详细探讨了非热不育中微子DM的可能性。另一方面，U（1）$_{\rm B-L}$模型是对标准模型的一种很好的、最小化的扩展，它可以通过I型跷跷板机制来解释中微子质量。我们已经证明，除了解释中微子质量，它也可以容纳一个非热不育中微子DM与正确的遗迹密度。与现有文献相比，我们发现$W^\pm$衰变也可以是不育中微子DM的主要产生方式。为了得到暗物质的同动数密度，我们在这里求解了一组耦合的玻尔兹曼方程，该方程考虑了无菌中微子暗物质的所有可能的衰变和湮灭产生模式。虽然这里发展的框架是针对U（1）$_{\rm B-L}$模型的，但可以相当普遍地应用于任何具有额外中性规范玻色子和费米子非热暗物质的模型。
2016-09-27 hep-ph
The neutrino roof: Single-scatter ceilings in dark matter direct detection
本研究确定暗物质直接探测中单次散射WIMP搜索的截面上限，重新分析多台吨级探测器数据得到不同散射模式下的参数范围，提出大气中微子本底导致的“中微子屋顶”概念，并估算未来大质量探测器的探测可达范围。
2024-06-24 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Casting a Wide Signal Net with Future Direct Dark Matter Detection Experiments
随着暗物质（DM）直接探测实验不断提高灵敏度，它们将不可避免地遇到由相干中微子散射产生的不可约背景。这种所谓的“中微子底”可能会显着降低实验对DM-核相互作用的灵敏度，特别是如果中微子背景的反冲光谱与DM信号近似简并。这发生在常规考虑的自旋无关（SI）或自旋相关（SD）相互作用。在这种情况下，将实验的暴露量增加多个数量级可能不会产生灵敏度的任何显著增加。然而，通常考虑的SI和SD相互作用并不能充分反映动机良好的DM模型的整个景观，其中包括其他相互作用。由于尚未在实验室中检测到颗粒DM，因此必须了解并最大限度地提高各种可能模型和特征的检测能力。在这项工作中，我们探讨了各种中微子源的背景所产生的影响，发现潜在的DM信号的一大类可行的DM-核相互作用和几个潜在的未来的实验设置，不同的目标元素。对于某些动量抑制的截面，大DM粒子质量和较重的目标，我们发现，没有抑制的发现极限，由于中微子的背景。此外，我们明确地表明，非弹性散射，这可能会出现在模型与多组分暗部门，将有助于解除与中微子地板的信号简并。这项研究可以帮助绘制出最佳的DM检测策略，为下一代的实验。
2019-02-27 astro-ph.CO hep-ph
Time variation of the atmospheric neutrino flux at dark matter detectors
最低能量的宇宙射线通量（$\lesssim 10$ GeV）受到太阳活动周期的调制，从而引起一种时间变化，这种变化预计会延续到这些能量的大气中微子通量中。在这里，我们估计这种时间变化的大气中微子通量在五个潜在的地下位置的多吨级暗物质探测器（CJPL，神冈，LNGS，SNOlab和SURF）。我们发现，在太阳活动极小期和极大期之间，通量的归一化在高纬度地区如SURF由$\sim 30\%$改变，而在LNGS由较小的量$\lesssim 10\%$改变。一个暗物质探测器，在太阳活动周期中运行一段时间，将是最有效的识别这种时间变化。这开启了将中微子引起的核反冲与暗物质引起的核反冲区分开来的可能性，从而允许利用时间信息突破“中微子底”的可能性。"
2021-10-27 astro-ph.HE hep-ph
Time-integrated directional detection of dark matter
定向暗物质（DM）探测器的信号分析通常假设核反冲的方向可以在银河系静止坐标系中测量。然而，这对于所有定向检测技术都是不可能的。例如，在核乳胶中，反冲事件必须在实验的曝光时间之后被检测和测量。除非整个探测器都安装好并随恒星日旋转，否则反冲力就不能在银河系静止坐标系中重新定向。我们研究这种“时间积分”对定向探测的主要目标的影响，即：（1）确认反冲是各向异性的;（2）测量中值反冲方向以确认其银河系起源;（3）探测中微子底部以下。我们表明，经过时间积分的DM反冲分布保持一个优选的方向，是不同于太阳中微子引起的反冲。因此，保持了定向检测的许多优点，并且安装和旋转检测器并不重要。与具有事件时间信息的实验相比，拒绝各向同性背景需要多2个信号事件的因子，而需要多1.5-3个事件的因子来测量与DM的期望一致的中值方向。我们还发现，在时间积分定向实验中仍然没有有效的中微子地板。然而，为了达到地板以下一个数量级的截面，需要比常规定向实验大8倍的曝光。我们还研究了灵敏度如何影响探测器只有2D反冲轨道读出，和/或没有头-尾测量。对于非时间积分实验，2D读出不是主要缺点，尽管缺乏头尾灵敏度。
2017-10-17 astro-ph.CO hep-ph
Directional Dark Matter Detection Beyond the Neutrino Bound
太阳中微子、大气中微子和漫射超新星中微子的相干散射为直接暗物质实验创造了一个不可约的背景，其对WIMP-核子自旋无关散射截面的灵敏度为10^（-46）-10 ^（-48）cm ^2，取决于WIMP的质量。即使我们能够消除所有其他背景，这个“中微子底”也会限制未来的实验，使其灵敏度只能达到10^（-48）cm ^2的截面。方向敏感探测器有可能通过拟合多维事件分布（反冲动能、反冲轨道相对于太阳的角度和事件时间）来研究中微子束缚之外的暗物质。本文定量研究了方向灵敏度对暗物质直接探测中中微子束缚态的影响。
2014-09-30 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Monochromatic neutrinos from dark matter through the Higgs portal
该研究提出一个通过希格斯门户耦合的费米子单态暗物质模型，利用重狄拉克中微子打开湮灭通道，产生10 GeV-1 TeV的单色中微子信号，并评估其可探测性。
2023-09-01 astro-ph.HE hep-ph
Clarity through the Neutrino Fog: Constraining New Forces in Dark Matter Detectors
本研究基于PANDAX-4T与XENONnT实验首次观测到的中微子“迷雾”本底，分析了相关散射效应的不可忽略贡献，并利用实验数据对耦合中微子与夸克的轻媒介子给出了国际领先的实验室约束。
2025-08-01 hep-ex hep-ph
CYGNUS: Feasibility of a nuclear recoil observatory with directional sensitivity to dark matter and neutrinos
现在，传统的弱相互作用大质量粒子（WIMP）暗物质搜索正在接近中微子底，对核反冲方向敏感的探测器的兴趣已经复苏。大规模定向探测器的吸引力在于，它的灵敏度低于中微子底部，能够明确地确定所谓的暗物质信号的星系起源，并且可以作为中微子观测站发挥双重作用。我们提出了第一个1000米的$^3$规模的探测器能够在低能量下测量定向核反冲信号的详细分析。我们提出了一个模块化和多站点天文台组成的时间投影室（TPC）充满氦气和SF $_6$在大气压。根据TPC读出技术，10-20个高于6 keVr的氦反冲或仅3-4个高于20 keVr的反冲就足以区分10 GeV的WIMP信号和太阳中微子背景。高分辨率的电荷读出还实现了远低于10 keV的强大电子背景抑制能力。我们详细介绍了1000 m $^3$规模的背景和现场要求，并确定了需要提高放射性纯度的材料。最后一个实验，我们命名为CYGNUS-1000，将能够观察到10-40个来自太阳的中微子，这取决于最终的能量阈值。在相同的曝光量下，对自旋无关的截面的灵敏度将扩展到目前尚未探索的亚10 GeV参数空间。对于自旋相关的相互作用，10 m $^3$规模的实验已经可以与即将到来的第二代探测器竞争，但CYGNUS-1000将大大改善这一点。更大的体积将带来对来自更广泛来源的中微子的敏感性，包括银河系超新星，核反应堆和地质过程。
2020-12-22 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Top partners tackling vector dark matter
本文在回路水平上讨论了一个简单的暗物质模型中的WIMP-核子散射截面及其对最新直接探测实验的约束。我们考虑一个新兴的矢量暗物质场的情况下，相互作用的标准模型夸克，通过循环的贡献，是从一个标量调解源。所涉及的暗物质-介质质量的参数空间受到氙1 T极限和中微子底的约束。当前的直接探测边界是通过调用复合希格斯模型中的顶级伙伴来规避的，其尺度质量有助于我们抑制WIMP-核子截面。
2020-11-20 hep-ph
A Novel One-loop Model for Majorana Neutrino Mass and Dark Matter
College of General Education, University of Doha for Science and Technology（多哈科学与技术大学通识教育学院）；Department of physics, United Arab Emirates University（阿拉伯联合酋长国大学物理系）
该研究提出T4-3-i拓扑的完整场论实现，构建含狄拉克费米子等的T4-3-i-B1模型，解释马约拉纳中微子质量，费米子与标量暗物质均可行，共湮灭对遗迹丰度关键。
2026-08-14 hep-ph
Directional detection of dark matter with diamond
在不久的将来，WIMP暗物质将对太阳中微子敏感。定向探测提供了一种拒绝太阳中微子和改善WIMP搜索的方法，但现有定向探测器达到这种灵敏度带来了挑战。我们提出了一种结合原子/粒子物理方法，使用大体积的金刚石探测器。WIMP候选事件触发粒子探测器，之后氮空位中心的光谱学读取进入粒子的方向。我们讨论了目前的技术状态，需要实现定向检测钻石，并提出了一个探测器的灵敏度低于中微子地板的路径。
2021-03-03 hep-ph physics.app-ph physics.ins-det
Minimal Dark Matter: Generalized Framework and Direct-Detection Sensitivity
Ohio State University（俄亥俄州立大学）；University of Liverpool（利物浦大学）；Université Libre de Bruxelles（布鲁塞尔自由大学）；Vrije Universiteit Brussel（布鲁塞尔自由大学）
本文提出了一种通用框架，用于计算最小暗物质模型的非微扰效应，并探讨了直接探测实验对暗物质信号的探测能力。
2026-07-24 astro-ph.CO hep-ph
Signatures of Dark Radiation in Neutrino and Dark Matter Detectors
我们认为宇宙的能量预算包括某种形式的相对论或半相对论暗辐射（DR）与非引力相互作用的标准模型（SM）粒子的一般可能性。这种暗辐射可能由SM单线态或中微子的非热高能成分组成。如果这样的DR是在相对较近的时期产生的，它可以携带足够的能量，在旨在寻找相互作用非常弱的粒子的实验中留下可检测的印记：暗物质和地下中微子实验。我们分析了这种可能性在一些一般性，假设相互作用的暗辐射是由不稳定粒子的后期衰变，潜在的暗物质的组成部分，并考虑各种可能的暗辐射和SM粒子之间的相互作用。集中在次GeV的能量区域，我们得出的限制不同形式的DR使用最敏感的中微子和暗物质直接探测实验的结果。特别是，对于相互作用的暗辐射携带一个典型的动量$\sim30$ ~MeV $/c$，这两种类型的实验提供了竞争性的限制。这项研究还表明，非标准的中微子发射源（例如，通过暗物质衰变）能够为暗物质直接检测创造一个“中微子底”，该“中微子底”比标准中微子源的预期更接近当前的界限。
2018-04-12 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Use of Superfluid Helium to Observe Directionality of Galactic Dark Matter
准粒子在低温超流氦中远离高电离粒子轨道的传播先前已被证明具有各向异性。我们讨论了这种行为的机制，并表明它发生的核散射的暗物质的反冲能量下降到几千电子伏，也许更低。这使得有可能扩大WIMP搜索与相互作用的截面，达到中微子地板在一个有意义的能量范围。
2023-02-06 astro-ph.IM hep-ph
Neutrinos as background and signal in searches using the Migdal effect
本文量化了太阳中微子背景对利用Migdal效应探测亚GeV暗物质的限制，绘制了中微子雾，并指出大部分允许参数空间位于其中，同时估算了探测中微子诱导Migdal事件所需的曝光量。
2025-06-20 astro-ph.CO astro-ph.SR hep-ex
The Dark Matters at ICRC 2025
本文总结ICRC 2025暗物质研究从WIMP直接探测转向中微子底限、多信使间接搜索及非WIMP候选体的实验与观念转变。
2025-10-20 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Superheavy WIMP dark matter from incomplete thermalization
虽然人们通常认为一类与$Z$玻色子有矢量耦合的弱相互作用大质量粒子（WIMP）暗物质（DM）被直接DM搜索的空结果否定，但如果它们是质量为$m_{DM} \gtrsim 10^9$ GeV的超重粒子，那么这类WIMP DM仍然是可行的。未来，超重WIMP DM可以被搜索到$m_{DM} \simeq 10^{12}$ GeV，这对应于所谓的中微子下限。我们表明，所观察到的$Ω_\mathrm{DM}h^2 \simeq 0.1$的超重WIMP DM的丰度可以再现由一个合适的再加热温度的$T_R \simeq m_{DM}/29$膨胀后，如果直接膨胀衰变到DM是可以忽略的或运动学禁止。
2021-08-07 hep-ph
Solar neutrino detection in a large volume double-phase liquid argon experiment
精确测量太阳中特定核反应链发射的太阳中微子对于加深对恒星形成和演化的理解具有重大意义。鉴于预期的中微子通量和已知的探测反应，这种测量需要能够收集中微子-电子散射数据的探测器，其曝光量为1千吨/年，具有良好的能量分辨率和极低的背景。两相液氩时间投影室（LAr TPC）是用于直接探测暗物质WIMP的一种正在研制中的装置，它具有灵敏质量大、闪烁光产额高、能量分辨率好、空间分辨率好等优点。在使暗物质搜索的灵敏度扩展到“中微子底”（由太阳中微子相干散射的核反冲事件的速率给出）的同时，这种探测器还可以利用中微子-电子弹性散射事件精确测量太阳中微子通量。模拟结果的宇宙成因和辐射成因的背景影响太阳中微子探测在300吨（100吨基准）LAr TPC在LNGS深度（3,800米的水当量）。结果表明，该探测器能以15%的精度测量CNO中微子率，与Borexino有机液体闪烁体探测器相比，能显著提高7 Be和pep中微子率的测量精度。
2016-08-01 astro-ph.IM astro-ph.SR hep-ph
Multiscatter stellar capture of dark matter
暗物质可以通过在恒星中被捕获并随后湮灭而被发现。通常假设暗物质是在恒星的一次散射事件后被捕获的，然而这种假设在重暗物质中被打破，它需要与恒星多次碰撞才能失去足够的动能被捕获。我们分析计算多个散射如何改变捕获率的暗物质，并确定参数空间的影响是最大的。使用这些结果，然后，我们展示了如何多散射捕获的暗物质紧凑型恒星可以用来探测重（$m_X >$ TeV）暗物质与非常小的暗物质-核子散射截面。作为一个例子，它演示了如何测量在银河系的中心的老中子星的温度提供灵敏度高质量的暗物质与暗物质-核子散射截面小于氙直接检测中微子地板。
2020-06-18 hep-ph
