FORMOSA: Looking Forward to Millicharged Dark Sectors
我们确定了潜在的世界上最敏感的位置，以寻找毫荷电粒子在10兆电子伏至100 GeV的质量范围：在大型强子对撞机的前进区域。我们建议在这个位置构建一个基于闪烁器的实验，FORward MicrOcharge SeArch（FORMOSA），并估计相应的灵敏度投影。我们表明，FORMOSA可以发现毫荷电粒子在一个大的和未开发的参数空间，并研究强烈的相互作用的暗物质，不能检测到地面直接检测实验。新提出的LHC正向物理设施（FPF）提供了一个理想的结构来主持完整的FORMOSA实验。
2020-10-15 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
A new constraint on millicharged dark matter from galaxy clusters
我们从星系团的角度出发，提出了一个关于毫荷电暗物质的新约束。带电暗物质在星系团中随机取向磁场的影响下运动，相应的暗物质密度分布与一致性CDM预测有很大差异，而一致性CDM预测得到了星系团观测的很好支持。随着一个典型的磁场振幅$B=\mathcal O(1)\,μ$ G和暗物质速度$v=\mathcal O(100)\,$公里/秒，在集群半径$R\simeq 1\,$ Mpc，我们要求的电荷$εe$（$e$是基本电荷）的暗物质与质量$m$应绑定为$ε\lesssim 10^{-14}(m/{\rm GeV})$这是比其他以前的约束严格得多。
2016-02-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraining Millicharged dark matter with Gravitational positivity bounds
本文利用引力正性约束，结合宇宙学与天体物理观测上界，严格约束了具有无质量暗光子的毫电荷费米子暗物质模型参数空间，并发现当暗物质质量低于太阳核心温度时，大部分参数区域被排除。
2025-01-23 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Neutral and Millicharged Dark Matter Decay into Gamma-Ray Lines
伽马射线谱线的观测将是探测暗物质的一个强有力的线索。的可能性，即衰变的暗物质粒子是负责线的发射进行调查，为中性和毫荷电暗物质。在这里，我们集中在这两个方案的比较，根据有效场论的描述和依赖于宇宙射线连续约束。
2014-05-15 hep-ph
Signals of Millicharged Dark Matter in Light-Shining-Through-Wall Experiments
本文提出利用现有光穿墙实验探测毫电荷暗物质的新技术，并证明未来Dark SRF实验可在部分参数空间对毫电荷遗迹设定最强限制。
2023-05-09 hep-ex hep-ph
Dark Matter Decaying into Millicharged Particles as a Solution to AMS 02 Positron Excess
自2008年以来，PAMELA观测到并随后被AMS 02证实的正电子过剩引起了粒子物理学界的兴趣。人们建立了各种各样的暗物质衰变和湮灭模型来解释这种过剩。然而，各向同性伽马射线的边界不利于典型的暗物质衰变场景。我们提出了一个解决方案，这个过剩的基础上衰变的暗物质粒子到中间毫荷电粒子，可以被银河系磁场。在我们附近，毫荷电粒子随后衰变为电子正电子，这可以解释这种过剩。由于这些粒子在衰变前从晕中扩散出来，它们对各向同性伽马射线背景的贡献预计要比正则暗物质衰变情景中的贡献小得多。我们表明，该模型是可测试的直接暗物质搜索实验。
2019-03-19 hep-ph
Ultralight Millicharged Dark Matter via Misalignment
我们探讨的宇宙学和现象学的millicharged和millicharge-like暗物质的质量从1 eV到10 keV和收费的$10^{-18}$，$10^{-14}$。在这个质量范围内的暗物质不可能是热产生的，但可以由非热机制产生。我们提出了一个具体的模型，采用自发破缺的近似全球对称性，其中millicharged暗物质产生通过错位机制。我们表明，这种生产机制是宇宙学一致的，并与观测到的暗物质丰度兼容。这个模型可以用基本标量或隐扇形夸克来实现，并耦合到标准模型光子或隐藏光子。然后，我们考虑的现象学轻millicharged暗物质，无论其宇宙学的起源，并确定与现有的实验和观察相一致的参数空间。我们认为新的参数空间的一个重要部分可能是在不久的将来通过直接偏转实验，宇宙微波背景黑体光谱的测量，和未来的约束等离子体不稳定性由于暗物质自相互作用。
2022-05-18 hep-ph
Direct Detection of the Millicharged Background
本文提出暗物质直接探测实验可通过冻结机制产生的不可减少丰度，在九个数量级质量范围内对有效电荷低至 $Q\sim 10^{-12}$ 的毫电荷粒子实现世界领先的灵敏度探测。
2024-07-30 astro-ph.CO hep-ph
Could the 21-cm absorption be explained by the dark matter suggested by $^8$Be transitions?
EDGES最近观察到比预期更强的21 cm吸收，$^8$ Be跃迁的另一个异常可能是新相互作用的特征。这两个问题可能彼此相关，例如，赝标量$A$介导的费米毫荷电暗物质（DM），而21 cm吸收可以通过MeV毫荷电DM与氢之间的光子介导的散射引起。本文将对此进行探讨。对于质量在$2 m_A < 2 m_χ < 3 m_A$范围内的费米毫荷电DM $\barχ χ$，在DM冻结期间，p波湮灭$\barχ χ\to A A$将占主导地位。s波湮灭$\barχ χ$ $\to A, γ$ $\to e^+ e^-$受CMB和21 cm吸收的约束。毫荷电DM可以逃避直接检测实验的限制。带有不可见衰变$π^0 \to \barχ χ$的$K^+ \to π^+ π^0$过程可以用来寻找毫荷电DM，未来的高强度$K^+$源，如NA 62，将完成这项工作。
2018-11-23 astro-ph.CO hep-ph
Composite Millicharged Dark Matter
我们研究了一个复合毫荷电暗物质模型。这些暗物质是以类似π介子的形式出现的，它们来自于更高尺度的类QCD理论。我们提出了两种不同的可能性与有趣的现象学后果的基础上选择的参数。在第一种情况下，暗物质是非热产生的，它可能通过“暗π介子”的衰变来解释130 GeV费米光子线。我们估计了自相互作用截面，它可能在改变星系中心的暗物质晕轮廓和使暗物质变暖方面起重要作用。在第二个版本中，暗物质通过冻结机制产生。最后，我们施加所有可能的天体物理学，宇宙学和实验约束。我们详细研究了一般的限制millicharged暗物质，可能会出现从不同元素的异常同位素搜索，我们表明为什么限制的基础上直接搜索地下探测器一般是无效的。
2013-08-29 hep-ph
Millicharged Atomic Dark Matter
我们提出了一个简化的原子暗物质方案，其中带电暗组分通过无质量的隐藏扇区U（1）规范相互作用束缚成类似于氢的原子。以前的研究假设暗区和标准模型之间的相互作用是由第二个大质量的Z'规范玻色子介导的，但在这里，我们考虑的情况下，只有一个无质量的伽马'动力学混合与标准模型超荷，从而介导直接检测。因此，这是最简单的原子暗物质模型，它与标准模型有直接的相互作用，由动力学混合引起的暗成分的小电荷引起。我们绘制出与宇宙学约束和直接搜索相一致的参数空间，假设一些未指明的机制产生了给出正确丰度的不对称性，因为在这种情况下，暗物质不可能是热遗迹。在暗“电子”和“质子”质量简并的特殊情况下，非弹性超精细跃迁可以解释CoGeNT过量事件。在更一般的情况下，弹性跃迁占主导地位，并且可以在很宽的质量范围内接近当前的直接检测极限。
2012-06-04 astro-ph.CO hep-ph
Geomagnetic constraints on Millicharged Dark Matter
Nanjing Normal University（南京师范大学）；Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院紫金山天文台）；Peking University（北京大学）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Yantai University（烟台大学）
通过分析地磁场中的磁信号，研究微电荷暗物质的有效电荷约束，发现其上限远超恒星冷却约束。
2026-01-12 hep-ph
Millicharged dark matter detection with ion traps
我们建议使用捕获离子来检测毫荷电暗物质。带毫电荷的粒子将从离子上散射，在单个事件或离子的总体加热速率中给出信号。离子阱有几个特性，使它们成为这种信号的理想检测器。首先，离子阱已经证明了离子与环境的显著隔离，大大降低了背景加热和事件率。其次，离子阱可以具有低至$\sim \text{neV}$的用于检测能量沉积的低阈值。第三，由于离子是带电的，因此它们自然具有大的截面以与毫荷电粒子散射，这通过热化毫荷电的低速度进一步增强。尽管离子阱设置被优化为其他目标，我们发现，现有的测量提出了新的限制毫荷电暗物质，这是许多数量级超出以前的界限。例如，对于毫电荷暗物质质量$m_Q=10~\textrm{GeV}$和电子电荷的电荷$10^{-3}$，离子陷阱将局部密度限制为$n_Q \lesssim 1 \, \textrm{cm}^{-3}$，这是比电流约束更好的因子$\sim 10^8$。未来专门的离子阱实验可能会进一步深入到未探索的参数空间。
2021-08-11 astro-ph.CO hep-ph physics.atom-ph
The Multi-Messenger Astroparticle Physics: the First Constraint on Light Millicharged Dark Matter via Time-Delay Analysis of GRB GW170817A
通过GRB GW170817A的时延分析，首次对轻量带电暗物质进行了严格约束，参数ε上限为10^-14。
2025-12-27 hep-ph
A cosmologically consistent millicharged dark matter solution to the EDGES anomaly of possible string theory origin
EDGES数据的分析表明，在$z\sim 17$的原子氢的红移21厘米线的吸收信号，这是强于预期的标准$Λ$ CDM模型。21厘米谱线的吸收信号解释为亮温$T_{21}$，在99 C. L.处的振幅为$-$ 500 $_{-500}^{+200}$ mK。这与标准$Λ$ CDM宇宙学给出的结果相差3.8 $σ$。我们提出了一个重子冷却的粒子物理模型，其中一小部分的暗物质驻留在隐藏的部门与$U(1)$规范对称性和Stueckelberg机制的操作混合的可见光和隐藏的部门与暗狄拉克费米子和暗光子组成的隐藏部门。Stueckelberg质量混合机制自动产生一个millicharge暗费米子的隐藏扇区提供了一个理论基础，使用millicharged暗物质，以产生所需的冷却重子看到的边缘散射millicharged暗物质。通过求解暗费米子和暗光子产额以及暗区和可见区热浴的温度比的耦合方程组，计算了毫荷电暗物质的遗迹密度。对于重子冷却的分析，我们分析了重子和毫荷电暗物质的温度随红移的演化方程。我们展示的参数空间的区域，允许与EDGES数据的一致性。我们注意到施图克尔伯格机制在弦中自然产生，并且毫电荷的存在将指向它的弦起源。
2021-12-06 hep-ph
Enhanced Monochromatic Photon Emission from Millicharged Co-Interacting Dark Matter
本研究针对微荷共相互作用暗物质场景，发现暗光子向光子的转化因暗光子末态玻色增强而显著放大，可提升射电望远镜探测灵敏度与CMB畸变对动力学混合参数的约束强度。
2024-03-12 hep-ph
Galactic 511 keV line from MeV millicharged dark matter
我们提出了一个可能的解释，最近观察到的511 keV的$γ$射线异常与一个新的“毫荷电”费米子。新的费米子是轻的（${\cal O}({\rm MeV})$），但从来没有被任何对撞机实验观察到，主要是因为它的微小电磁电荷$εe$。我们表明，在宇宙和对撞机实验的遗迹密度的限制允许一个参数范围，使511千电子伏的宇宙$γ$ -射线发射从银河系隆起可能是由于正电子生产从这个millicharged费米子。
2008-05-25 astro-ph hep-ph
Direct Deflection of Millicharged Radiation
本研究提出利用超导射频腔的穿墙见光实验作为“直接偏转”实验搜寻微荷辐射背景，通过腔场引发微荷等离子体扰动并激发邻近屏蔽腔电磁场实现探测，未来Dark SRF实验可覆盖多数量级未探索参数空间。
2024-12-04 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Dynamics of millicharged dark matter in supernova remnants
暗物质可能带有少量的电磁荷，只要其荷质比远小于电子或质子的荷质比。这种候选物质，通常被称为毫荷电暗物质（mDM），将形成等离子体，并与星系内的星际介质和电磁场相互作用。一般来说，理解MDM的动力学需要考虑集体等离子体效应。有人提出，mDM可以在超新星遗迹中加速，形成暗宇宙射线群，留下独特的实验特征。在这项工作中，我们研究了一个微物理模型，其中mDM是由超新星遗迹和各向同性的膨胀流体的框架冲击。我们发现，对于$|q_χ/m_χ| \gtrsim 10^{-13} e / {\rm MeV}$，电磁等离子体不稳定性的各向同性长度远小于超新星遗迹的大小。这是形成费米加速的mDM组件的必要但不充分的第一步，并且确定该组件的大小需要进一步研究。我们讨论了超新星遗迹中的MDM相互作用的其他影响。
2020-05-28 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
High-Energy Neutrinos From Millicharged Dark Matter Annihilation in the Sun
本研究利用太阳捕获微带电暗物质并湮灭产生高能中微子的机制，重新分析 IceCube 约束，对暗物质微带电组分的质量、电荷和丰度给出新限制。
2024-07-05 astro-ph.HE hep-ph
Possible s-wave annihilation for MeV dark matter with the 21-cm absorption
CMB观测对MeV暗物质（DM）在s波中湮灭成带电态/光子设置了严格的限制，而最近EDGES报道的宇宙黎明21 cm吸收的观测对MeV DM的s波湮灭也是非常严格的。文献中考虑了在冻结期间p波主导湮灭的毫荷电DM，以解释21 cm吸收，光子介导散射冷却氢。在本文中，我们专注于湮灭的毫荷电DM是s波占主导地位。为了解释21-cm吸收，同时与CMB和21-cm吸收边界兼容DM湮灭，我们认为湮灭接近共振，新介质（这里是暗光子）质量略高于两倍的毫荷电DM质量。在这种情况下，在温度$T \to 0$下的湮灭截面可以比在$T_f$下的湮灭截面小得多，这将被DM湮灭的界限所容许，避免了从DM s波湮灭到氢气的过度加热。束流收集器和轻子对撞机实验可以通过产生不可见的暗光子来寻找毫荷电DM。
2019-08-08 astro-ph.CO hep-ph
511 keV $γ$-ray emission from the galactic bulge by MeV millicharged dark matter
我们提出了一个可能的解释，最近观察到的异常511千电子伏线与一个新的“毫荷电”费米子。这个新的费米子是轻的[ ${\cal O}({\rm MeV})$ ]。然而，由于它的微小电磁电荷$εe$，它从未被任何对撞机实验观察到。特别是，我们约束这个millicharged粒子的参数，如果511千电子伏的宇宙$γ$ -射线从银河系凸起的发射是由于从这个新粒子的正电子生产。
2008-09-11 astro-ph hep-ph
Strongly-Interacting Ultralight Millicharged Particles
我们考虑的超轻费米暗物质候选人携带重子数的影响。如果暗物质在标准模型重子数下具有小电荷，同时具有与可见宇宙中的不对称性相等且相反的不对称性，那么这自然会出现。一个原型模型是一个非阿贝尔规范群的暗重子理论，即，暗量子色动学（QCD）。对于亚电子伏特的暗重子质量，暗物质晕的内部区域自然处于“核密度”，允许形成奇异的物质状态，类似于中子星。费米子暗物质质量的Tüsse-Gunn下限，即，暗重子，被强烈的短程自相互作用，通过发射亮暗π介子冷却，以及发生在相对于（超低）暗QCD标度高的密度下的暗夸克的库珀配对所破坏。我们利用稠密夸克物质的状态方程发展了这些强相互作用的超轻毫荷粒子（STUMPs）的天体物理学，并发现了与矮星系观测一致的晕核。这些核被“中子星”的压力阻止了核的坍缩，这表明超亮暗QCD可以解决无碰撞冷暗物质的核尖点问题。该模型通过直接探测和对撞机签名，以及与超导相关的现象，如Andreev反射和超导涡旋，与超轻玻色子暗物质区分开来。
2021-09-29 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Astrophysical constraints on millicharged atomic dark matter
非弹性暗物质的一些模型在某些新的$U(1)'$规范对称性下证明了束缚态的存在。如果这个新的暗光子与标准模型光子动力学混合，那么这些束缚态中的组成粒子可以获得分数电荷。这种电荷使暗物质介质色散。我们计算这种介质的折射率的频率依赖性，并使用从天体物理源的光的频率依赖性的到达时间来约束介质中的暗原子的属性。利用蟹状星云脉冲星的光波长观测，我们发现暗（电子）质子的电毫荷小于暗原子质量低于100 keV的电荷$e$，假设暗精细结构常数$\boldsymbolα=1$。我们估计，未来对伽马射线暴的宽带观测可以对质量在keV范围内的暗原子的毫电荷产生约束，这些约束与现有的对撞机约束具有竞争力。
2014-12-01 hep-ph
Probing Millicharged Dark Matter with Magnetometer Coupled to Circuit
该研究提出利用高灵敏度磁强计与共振和宽带读出电路耦合探测milli电荷暗物质（mDM）的新方法，通过两种磁场配置计算信号，对mDM耦合常数建立了前所未有的约束。
2025-04-13 hep-ph
Detection Prospects of Millicharged Dark Matter in Unconventional Interferometer
本文提出利用非传统激光干涉仪探测地球俘获的毫电荷粒子，通过光子相移测量，在mCPs质量1 GeV至10^12 GeV范围内可将分数电荷灵敏度提升至10^-12至10^-6。
2025-06-05 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
Constraints on millicharged dark matter and axion-like particles from timing of radio waves
利用脉冲星计时和快速射电暴观测，我们推导出了关于毫荷电暗物质和超轻类轴子粒子的新约束。毫荷电的暗物质以类似于自由电子的方式影响无线电脉冲到达时间的色散度量。另一方面，光伪标暗物质会导致无线电信号的偏振角振荡。我们表明，当前和未来的数据可以在这两种情况下设置强约束。对于电荷为$εe$的暗物质粒子，这些约束为$ε/{m_{\rm milli}} \lesssim 10^{-8}{\rm eV}^{-1}$，质量为$m_{\rm milli}\gtrsim 10^{-6}\,$ eV。对于类轴子粒子，信号的分析，从磁共振产生的限制，在轴向耦合的顺序$g/m_a\lesssim 10^{-13} {\rm GeV}^{-1}/(10^{-22}{\rm eV})$。如果组分的能量密度$ρ$是总暗物质能量密度$ρ_{\rm dm}$的一小部分，则两个边界的尺度都是$(ρ/ρ_{\rm dm})^{1/2}$。我们做了一个详细的研究，这两个影响使用的数据从两个样本的恒星在星系和球状星团，以及数据从FRB 121102和PSR J0437 $-$ 4715。我们表明，在这两种情况下，实际的脉冲星数据约束这些模型的参数空间的一个新的区域，并将改善与未来的脉冲星定时观测。
2019-08-23 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Can a millicharged dark matter particle emit an observable gamma-ray line?
如果在不久的将来观测到伽马射线线，那么确定哪种暗物质（DM）粒子可能是其起源将是重要的。我们调查的可能性，伽马射线线将引起一个缓慢的DM粒子衰变的事实，DM粒子不会是绝对中性的。DM颗粒的“毫电荷”可以通过多种方式诱导，特别是通过动力学混合相互作用或通过Stueckelberg机制。我们表明，这种情况下可能会导致在特定情况下，可观察到的伽马射线线。这种可能性可以用一种系统的独立于模型的方式来考虑，通过写下相应的有效理论。这允许进行多通道分析，特别是给出来自宇宙射线发射的相关伽马射线线强度的上限。我们的分析包括在二体衰变中光子伴随中微子的可能性。我们表明，由于严格的限制，持有的中微子的毫荷，这不是一个选项，除非DM粒子的质量位于非常轻的KeV-MeV范围内，允许最近声称的解释的可能性，尚未得到证实，~3.5KeV的X射线线。
2014-03-24 astro-ph.CO hep-ph
Data-Driven Predictions for Dark Photon and Millicharged Particle Production
Neuroscience Graduate Program, Schulich School of Medicine and Dentistry, Western University（韦仕敦大学舒利希医学院与牙科学院神经科学研究生项目）；Department of Physics and Astronomy, York University（约克大学物理与天文学系）
提出一种数据驱动框架，利用测量的双轻子事件直接预测暗光子和毫带电粒子的产生率和运动学分布，无需依赖特定理论模型。
2026-05-20 hep-ex hep-ph
Constraints and Projections for Millicharged Dark Matter in the Sun with Water Cherenkov Neutrino Detectors
Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；The Oskar Klein Centre for Cosmoparticle Physics（奥斯卡·克莱因宇宙粒子物理中心）
研究利用水切伦科夫探测器（Super-Kamiokande和Hyper-Kamiokande）搜索太阳中捕获的微电荷暗物质湮灭产生的中微子，在轻质量区域（5-28 GeV）补充IceCube的约束，并将暗物质丰度下限压低至约5×10⁻⁶。
2026-06-08 astro-ph.HE hep-ph
On the minimal mass of thermal dark matter and the viability of millicharged particles affecting 21cm cosmology
本文通过完整三扇区热丰度与温度演化计算，确定了兼容宇宙学观测的MeV热暗物质最小质量及CMB灵敏度，并论证毫带电暗物质影响21 cm宇宙学的可行参数空间。
2024-05-08 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Self-Interaction and Galactic Magnetic Field Bounds on Millicharged Magnetic Monopole Dark Matter
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）
本文探讨了由暗U(1)对称性磁单极构成的暗物质领域，其与标准模型光子有微小动能混合。通过暗物质领域的温度和自发对称破缺尺度，讨论了三种现象学不同的情况，并将暗物质自相互作用的限制转化为模型参数的限制，同时考虑银河磁场的存活（帕克效应）对暗-可见领域混合的进一步约束。
2026-04-21 astro-ph.GA hep-ph hep-th
Ultra-Light Pion and Baryon WIMPzilla Dark Matter
提出一种暗禁闭规范理论，以毫电荷超轻π介子（ULP）和重子同时实现超轻和超重暗物质范式，两者经暗QCD禁闭尺度联系，能解释暗物质密度并产生多样化密度分布。
2023-10-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Freeze-in Production of Non-Abelian Millicharged Vector Dark Matter
National Center for Theoretical Sciences, National Taiwan University（台湾大学理论科学中心）；Phenikaa Institute for Advanced Study, Phenikaa University（phenikaa 大学先进研究院）；Institute of Physics, Academia Sinica（中央研究院物理研究所）
该研究提出了一种基于隐藏非阿贝尔规范部门的矢量冻结暗物质模型，通过维度五的动能混合算子和隐藏规范耦合g_D，实现了暗物质与标准模型的弱连接，并通过双温度玻尔兹曼演算预测了暗物质密度参数。
2026-07-28 hep-ph
Relativistic Impulse Approximation in the Atomic Ionization Process induced by Millicharged Particles
毫荷电粒子已成为探索标准模型之外物理的一个有吸引力的课题。在直接探测实验中，毫荷电粒子的参数空间可以从原子电离过程中得到约束。在本工作中，我们发展了相对论冲量近似（RIA）方法，该方法可以有效地对抗原子的多体效应，在原子电离过程中的毫荷电粒子。推导了毫荷电粒子诱导原子电离的RIA公式，并进行了数值计算，与自由电子近似和等效光子近似的结果进行了比较。具体地说，本文研究了在高纯锗（HPGe）和液体氙（LXe）探测器中由毫荷电暗物质粒子和毫荷电中微子引起的原子电离。对HPGe和LXe探测器的微分截面、反应事件率以及下一代实验中对暗物质粒子和中微子毫荷的探测灵敏度进行了估算和计算，给出了一个综合的研究结果。我们的研究结果表明，下一代实验将提高2-3个数量级的暗物质粒子毫荷$δ_χ$比目前最好的直接检测实验的实验范围。此外，下一代实验还将使中微子毫电荷$δ_ν$比目前的实验边界提高2-3倍。
2021-03-23 hep-ph hep-th physics.atom-ph
Supernova 1987A Constraints on Sub-GeV Dark Sectors, Millicharged Particles, the QCD Axion, and an Axion-like Particle
我们考虑了超新星1987 A对小耦合粒子的约束，这些小耦合粒子与标准模型的耦合。我们讨论了一个模型与费米子耦合到一个暗光子，在暗扇区的各种质量关系;毫荷电粒子;暗扇区费米子与非弹性跃迁;强子QCD轴子;和一个类轴子粒子耦合到标准模型费米子与他们的质量成正比的耦合。在费米子的情况下，我们开发了一个新的诊断评估时，这样的粒子被困在大混合角。我们的费米子耦合到暗光子的边界限制了小的耦合和质量<200 MeV，并且对于低费米子质量不去耦。它们排除了不受现有基于加速器和直接检测搜索约束的参数空间。此外，我们的边界是补充建议的实验室搜索亚GeV的暗物质，不约束几个“热”基准模型的目标。对于一个带毫电荷的粒子，我们排除了以电子电荷为单位的10^（-9）到几倍10^（-6）之间的电荷;这排除了比以前的边界更高的毫电荷和质量的参数空间。对于QCD轴子和轴子类粒子，我们应用几个更新的核物理计算，并包括能量依赖的光学深度，以准确地占在大耦合的能量损失。我们排除了质量在0.1到几百eV之间的强子轴子，或者等价地将PQ标度限制在10^4到10^8 GeV的几倍之间，关闭了强子轴子窗口。对于类轴子粒子，我们的边界不利于衰变常数在10^5 GeV的几倍到10^8 GeV的几倍之间。在所有情况下，我们的边界不同于以前的工作超过一个数量级的整个参数空间。我们还提供了估计的系统误差，由于祖的不确定性。
2018-09-17 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Can Dark Matter explain the Braking Index of Neutron Stars?
我们探索了一种通过吸积毫荷电暗物质来减慢中子星自转的新机制。我们发现，这种机制产生的脉冲星制动指数，可以大大小于标准$n\sim 3$的磁偶极子辐射模型的毫荷电暗物质粒子，不排除现有的实验约束，从而容纳现有的观测。
2014-01-15 astro-ph.SR hep-ph
Millicharged Condensates on Earth
本文提出利用长程地球电场探测极小电荷的超轻玻色子，发现标量毫电荷粒子凝聚体可快速产生，若直接与光子耦合会短路电活动，而经暗光子介导的相互作用虽受抑制但仍可被精密传感器探测，此机制也适用于其他新长程力理论。
2024-04-24 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Exploring millicharged dark matter components from the shadows
近年来，具有隐藏相互作用的暗物质部分引起了人们的极大兴趣。这些框架包括millicharged粒子模型以及暗扇区束缚态，其成分具有电磁规范相互作用。这些奇异的带电状态可能构成了总暗物质密度的一部分。在这项工作中，我们探讨了一些细节的各种影响，光子球和球对称黑洞的阴影，由于暗物质等离子体提供这样的部门。估计物理上可行的参数空间的粒子物理模型，并采取半现实的天体物理方案，是服从理论分析，我们指出各种修改和特点，可能存在。这些效应中有许多是独特的，与传统的重子等离子体或黑洞周围的中性完美流体暗物质的类似情况非常不同。虽然在参数空间的许多物理上可行的区域中，对近视界区域和黑洞阴影的影响很小，但在低粒子质量区域的许多部分中，影响是显著的，并且可能通过当前和未来的望远镜测量。例如，这种偏差包括光子球和黑洞阴影半径的特征变化，光子球或黑洞阴影消失时暗物质等离子体色散的独特阈值，以及暗物质等离子体对电磁波变得不透明的地方。或者，我们指出，这种偏差和特性的非观测，在未来，可以把粒子物理参数空间的有趣的区域的限制。
2021-12-27 astro-ph.HE gr-qc hep-ex
Optical dispersion of composite particles consisting of millicharged constituents
由带电成分组成的复合暗物质（DM）可以通过粒子的偶极矩与电磁场相互作用。这种相互作用导致DM介质的色散光学折射率。我们计算原子暗物质和更强的约束系统，通过谐振子势建模的折射率。折射率的色散性质将导致从遥远的天体物理观测点同时发射的高能光子和低能光子之间的时间滞后。由于物质色散，这种时间滞后可能会混淆洛伦兹不变性破坏（LIV）的潜在主张，这也可能导致这种时间滞后。我们比较了这两种效应的相对大小，并确定由于DM的色散是矮化潜在的LIV效应的能量低于普朗克尺度。
2016-07-15 hep-ph
Signs of Dark Matter at 21-cm?
最近，EDGES合作报告了$z=17$周围天空平均21厘米光谱中的异常吸收信号。这样的信号可以被理解为在所谓的宇宙黎明时代期间或之前氢气意外冷却的指示。在这里，我们探讨的可能性，暗物质冷却气体通过速度依赖，卢瑟福式的相互作用。我们认为，这种相互作用需要一个光介质，这是高度限制第五力实验和恒星冷却的限制。因此，原则上只有一个隐藏的或可见的光子才能传递这样的力。因此，中性氢起着次要的主导作用，并且冷却通过残余的自由电子和质子发生。我们发现，这两个方案是强烈的约束所预测的暗物质自相互作用和限制的毫荷电暗物质分别。我们的结论是，21厘米的吸收线是不太可能的气体冷却的结果，通过散射的主要成分的暗物质。一个1\%的子组件的millicharged暗物质仍然是一个可行的解释。
2018-05-31 astro-ph.CO hep-ph
Relic abundance of MeV millicharged particles
计算了电荷为$e' = 5\cdot 10^{-5} e$、质量略低于或高于电子质量的轻毫荷电粒子（MCP）的残余丰度。丰度取决于质量比$η=m_X/m_e$和$η<1$可以足够高，允许MCP是宇宙学暗物质或作出显着的贡献。另一方面，$η\gtrsim 1$的MCP的宇宙学能量密度可以相当低，标量MCP的$Ω_X h_0^2 \approx 0.02$，和$Ω_X h_0^2 \approx 0.001$自旋1/2费米子。但是，即使是最低的$Ω_X h_0^2$值也会与MCP丰度和参数的几个现有限制相矛盾。然而，这些限制是在对MCP性质的一些自然或合理假设下得出的。如果放松这些假设，MCP的质荷图中可能会出现一个补丁，允许它们是暗物质粒子。
2017-05-16 hep-ph
Dark Cosmic Rays
如果暗物质粒子带有电荷，就像在毫荷电暗物质模型中一样，那么这些粒子应该在产生普通宇宙射线的相同天体物理加速器中加速，它们的光谱应该具有可预测的刚性依赖性。根据电荷的不同，所产生的“暗宇宙射线“可以在超级神冈、冰立方和其他探测器中被探测为类似μ介子或中微子的事件。我们提出了新的限制，并提出了几个新的分析，特别是，超级神冈实验，它可以探测以前未探索的部分millicharged暗物质参数空间。我们的大多数结果是相当普遍的，适用于广泛的一类暗物质模型。
2017-03-01 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Velocity-dependent self-interacting dark matter from thermal freeze-out and tests in direct detections
在文献中，一小部分的毫荷电暗物质（DM）被认为是对宇宙黎明时21厘米吸收增强的解释。在这里，我们专注于DM的主要组成部分是自相互作用的暗物质（SIDM）的情况下，由小尺度问题的动机。对于SIDM的自相互作用是兼容的从矮到集群规模，速度依赖的自相互作用介导的轻标量$ϕ$被认为是。对于费米子SIDM $Ψ$，主湮没模$Ψ\barΨ \to ϕϕ$是一个$p -$波过程.早期宇宙中SIDM $\rightleftarrows ϕ\rightleftarrows$标准模型（SM）粒子的热跃迁为$ϕ$与SM粒子的耦合设置了一个下限，这一下限已被DM直接探测所排除，在这里我们考虑SIDM通过毫荷电DM处于热平衡。对于$m_ϕ>$ 2毫荷电DM质量，$ϕ$可以快速衰变，避免多余的能量注入到大爆炸核合成中。因此，$ϕ-$ SM粒子耦合可能非常微小，并逃避DM直接检测。弱相互作用大质量粒子（WIMP）与原子核接触散射的图象不能用于SIDM与光介质的散射，本文探索了一种将WIMP搜索结果转化为直接探测SIDM的方法.
2020-01-16 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Astrophysical Plasma Instabilities induced by Long-Range Interacting Dark Matter
本文研究长程相互作用暗物质在宇宙和星系团环境中的等离子体不稳定性，发现韦贝尔和火蛇不稳定性可显著改变子弹星系团并合性质，并对毫电荷及暗电荷暗物质参数空间给出更严格约束。
2022-10-17 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Phenomenology and cosmology of millicharged particles and experimental prospects for their search
镜像世界是一个平行的隐藏扇区，其微观物理与普通粒子物理相同，可以有几个有趣的现象学和天体物理意义，镜像物质可以是宇宙中暗物质的天然候选者。在这篇论文中，我们详细分析了它在宇宙学中的一些含义，特别是在原始核合成时代。大爆炸核合成极限要求镜像世界的温度T'至少要比普通世界的温度T低两倍。我们提出了关于核合成时代的数值计算，并计算了作为x= T '/T的函数的普通世界和镜像世界中的轻元素和重元素丰度。虽然镜像世界基本上应该是氦占主导地位，我们表明，镜像世界中的重元素原始丰度可以显着高于在普通世界。我们还研究了光子和镜像光子之间的动力学混合的宇宙学界限，这实际上使镜像粒子相对于普通光子“millicharged”，小电荷与光子动力学混合参数成正比。这些界限对于DAMA/Libra实验中镜像暗物质探测的可能性非常重要。该毕业论文于2007年10月在拉奎拉大学答辩。
2008-09-28 astro-ph hep-ph
Electric Accumulation of Millicharged Particles
本研究提出利用带电壳层（如Van de Graaff发生器）高效积累地表微带电粒子，将其局域密度提升最高12个数量级，可提升壳内探测器灵敏度，且应用于库仑定律Cavendish检验时，亚GeV质量区间的探测灵敏度优于未来加速器搜索。
2025-10-29 hep-ex hep-ph
Constraints on millicharged particles with low threshold germanium detectors at Kuo-Sheng Reactor Neutrino Laboratory
相对论性毫荷电粒子（$χ_q$）已经在粒子物理学的标准模型的各种扩展中提出。我们考虑的情况下，他们产生在核反应堆核心，并通过宇宙射线与地球大气的相互作用。毫荷电粒子也可能是暗物质的候选者，并通过超新星爆炸冲击波的加速而变得相对论性。在等效光子近似下，导出了$χ_q$与物质的原子电离截面。识别在差分截面中具有显著增强的烟枪签名。本文利用国生反应堆中微子实验室500克点接触锗探测器在300电子伏能量阈值下的测量数据，导出了$χ_q$的质量和电荷的新极限。
2019-01-14 hep-ex hep-ph
Birefringence and hidden photons
我们研究了一个模型，其中光子与隐藏的光子和millicharged粒子通过动力学混合项相互作用。特别地，我们专注于真空双折射效应，并且假设隐藏的光子是局部暗物质密度的一部分，我们找到了毫荷电参数的界
2018-05-23 hep-ph hep-th
Constraints on freeze-in dark matter from Lyman-$α$ forest and 21-cm signal : single-field models
该研究利用莱曼-α森林和21厘米信号，针对通过湮灭或衰变注入能量的冻结-入暗物质（FIDM），结合低红移数据和恒星形成标准模型，约束了惰性中微子FIDM的质量范围及milli-charged FIDM的参数空间。
2024-12-03 astro-ph.CO hep-ph
BBN with light dark matter
本文考虑了轻毫荷电暗物质粒子对原初核合成的影响。结果表明，如果这些粒子的质量比电子质量小得多，它们会导致氦-4的强烈过剩产生。轻子不对称性的非零性可以达到与观测的一致。与标准宇宙学模型相比，BBN的重子与光子比以及BBN和复合时的中微子与光子比都有明显的不同。后者的比率和可能的轻子不对称性可以由普朗克检验。对于更高质量的新粒子，这种效应就不那么明显了，甚至可能有相反的符号。
2013-01-14 astro-ph.CO hep-ph
Tighter Limits on Dark Matter Explanations of the Anomalous EDGES 21cm Signal
我们研究了暗物质和重子之间的库仑型相互作用解释了最近由EDGES实验测量到的在红移z ~ 17处的21 cm亮温极小值的假说。特别是，我们重新评估的情况下，总DM的一小部分是millicharged的有效性，侧重于普朗克2015年宇宙微波背景（CMB）数据的新衍生的约束。重要的是，如果相互作用DM的分数大于（或相当于）重子能量密度的分数不确定性，CMB功率谱对DM-重子散射敏感。同时，有一个依赖于质量的下限的分数，所需的相互作用，以充分冷却重子是如此之强，它驱动的相互作用DM温度的重子温度之前，他们从CMB去耦。如果这种情况早在再结合时就发生，则冷却饱和。我们精确地确定了毫荷电DM的可行参数空间，并发现只有一小部分（m_chi/MeV）整个DM含量的0.0115% <~ f <~ 0.4%，并且仅对于0.5 MeV - 35 MeV之间的DM粒子质量，可以在边缘解释异常所需的水平充电，而不违反SLAC，CMB，大爆炸核合成（BBN），或恒星和SN 1987 A冷却。然而，在现实中，我们证明，至少需要适度的微调，以符合测量的吸收曲线，并克服各种天体物理热源。最后，我们指出，在重子复合过程中与重子紧密耦合的~0.4%的毫荷电DM分量可以解决目前BBN和CMB测定的重子能量密度之间的2 σ张力.未来的CMB-S4测量将能够直接探测这种情况。
2018-07-30 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Anticipating a New-Physics Signal in Upcoming 21-cm Power Spectrum Observations
暗物质-重子相互作用可以冷却重子流体，这已经被证明可以修改宇宙学的21厘米全球信号。我们发现，在具有相互作用的毫荷分量的双分量暗扇区中，暗物质-重子散射可以产生具有声学振荡的21 cm功率谱信号。信号可以高达三个数量级大于预期的$Λ$ CDM宇宙学，给出现实的天体物理模型。该模型为HERA或NenuFAR等近期实验提供了一个新的物理目标，这些实验可能发现或强烈限制对假定的EDGES异常的暗物质解释。
2022-12-15 astro-ph.CO hep-ph
