Thermal production of axino Dark Matter
我们重新考虑了早期宇宙中axino的热产生，增加了：a）axino相互作用中的遗漏项; b）通过热质量允许的胶子衰变运动学产生; c）重新加热的精确建模。我们发现了一个比以前计算的大几倍的轴突丰度。
2010-06-24 astro-ph.CO hep-ph
Thermal Misalignment of Scalar Dark Matter
标量暗物质的传统失调机制取决于初始场值，这决定了振荡幅度和现今丰度。我们提出了一种机制，通过这种机制，一个微弱的（普朗克抑制）耦合的暗物质的费米子在热平衡驱动器的标量对它的高温潜在的最小值在大的字段值，动态产生振荡开始前的错位。与传统的错位生产不同，暗物质丰度是由微观物理决定的，而不是由初始条件决定的。作为通用机制的应用，我们讨论了一个现实的情况下，暗物质耦合到μ子。
2021-09-09 astro-ph.CO hep-ph
Early dark energy by dark Higgs, and axion-induced non-thermal trapping
我们提出了一个新的方案，早期暗能量（EDE）与暗希格斯被困在原点。为了保持这种暗希格斯粒子被捕获，直到物质辐射相等，我们使用由轴子相干振荡产生的非热暗光子，其捕获效果比热质量强得多。当捕获结束时，暗希格斯玻色子迅速衰变为暗光子，然后作为辐射红移。对于普通的墨西哥帽势，暗希格斯粒子的EDE方案非常适用，并且暗希格斯粒子自然从一开始就位于原点，因为它是能量增强点。因此，与轴子EDE不同，不需要精心设计势或相对于初始条件进行微调。有趣的是，轴子不仅产生暗光子，还解释了暗物质。我们发现可行的参数区域的轴子衰变常数和轴子质量的暗物质和$H_0$张力可以同时解释。我们还讨论了轴子-光子耦合时轴子的可探测性，并证明了轴子可以是QCD轴子。
2022-09-02 astro-ph.CO hep-ph
Bosonic dark matter in a coherent state driven by thermal fermions
如果在热背景中存在一个与夸克或轻子占优势相互作用的标量玻色子场，则通过热效应可以产生相干振荡，并在较宽的耦合和质量范围内成为暗物质的候选者。我们描述了这种机制的一般特征，并分析了它是如何工作的，在各种情况下，考虑渐近极限，可以得到解析解。
2021-09-27 astro-ph.CO hep-ph
Warm Dark Matter via Ultra-Violet Freeze-In: Reheating Temperature and Non-Thermal Distribution for Fermionic Higgs Portal Dark Matter
千电子伏量级的暖暗物质（WDM）可能能够解决冷暗物质模拟和观测中结构形成之间的不一致。WDM的详细特性将取决于其能量分布，特别是它如何偏离WDM模拟中通常假设的热分布。在这里，我们专注于WDM生产通过紫外线（UV）冻结的机制，费米子希格斯门暗物质$ψ$通过门户互动$\barψψH^{\dagger}H/Λ$产生的情况下。介绍了一种新的方法来简化暗物质冻结非热能分布的计算。我们发现，从紫外冻结的非热能分布是热比相应的热分布，并具有非热归一化的玻色-爱因斯坦分布的形式。由此得到的暗物质费米子质量范围与观测结果一致，为5-7千电子伏。再加热温度必须满足$T_{R} \gtrsim 120 $ GeV，以考虑到观测到的暗物质密度时，$m_ψ \approx 5 $千电子伏，其中的下限对$T_{R}$对应的限制，费米子质量完全是由于通过门户相互作用的电弱对称性破缺。相互作用标度上的相应界限是$Λ\gtrsim 6.0 \times 10^{9}$ GeV。
2016-08-16 astro-ph.CO hep-ph
Effective field theory analysis of composite higgsino-like and wino-like thermal relic dark matter
我们研究的有效场论（包括运营商的五个维度）的模型，其中暗物质是复合材料，包括一个电弱二重态狄拉克费米子（“希格西诺一样的暗物质”）或电弱三重态马约拉纳费米子（“维诺一样的暗物质”）。在前一种情况下，一些五维算符会导致中性伴子和电荷伴子态之间的质量分裂，导致共湮灭的耗尽率和质量为几十到几百GeV的热遗迹暗物质，而不是通常的纯higgsino热遗迹1 TeV。在后一种情况下（通常的热遗迹质量为3 TeV），没有发现这样的效果。其他算子，存在于wino和higgsino-like暗物质中，对应于非弹性电磁偶极矩相互作用，通过这些相互作用和湮灭，可以导致暗物质质量比通常值高一个数量级的可行模型。
2020-11-11 astro-ph.CO hep-ph
Non-thermal WIMPs as Dark Radiation
人们一直认为，只有轻的物质才能表现为辐射，并解释了普朗克望远镜、WMAP9望远镜、南极望远镜和ATACAMA望远镜最近观测到的暗辐射。在这项工作中，我们将表明，GeV尺度的WIMP可以解释暗辐射以及。如果重WIMP的一部分在热冻结后以非热方式产生，则它们可能会模拟半中微子物质的效应。此外，我们将展示如何BBN，CMB和结构形成的界限可能被规避。
2014-11-17 astro-ph.CO hep-ph
Thermalizing sterile neutrino dark matter
通过振荡产生的惰性中微子是一个很好的暗物质候选者，但最近的观测限制已经排除了大部分的参数空间。我们分析了新的相互作用对早期宇宙中keV无菌中微子暗物质演化的影响。基于一般的考虑，我们发现了一个机制，热化后的初始生产振荡的不育中微子。不育中微子的热化伴随着暗熵的产生，这增加了暗物质的产额，并导致较低的特征动量。这解决了结构形成和X射线观测之间日益增长的紧张关系，甚至恢复了简单的非共振产生作为产生无菌中微子暗物质的可行方法。我们调查的代表性模型中的热化机制的实现所需的参数，并发现一个简单的估计的基础上的能量和熵守恒描述的机制。
2018-01-10 astro-ph.CO hep-ph
Imprints of Non-thermal Wino Dark Matter on Small-Scale Structure
我们研究如何“温暖”的维诺暗物质时，它是非热产生的引力子在早期宇宙的衰变。阐明了引力子衰变时维诺的能量分布和产生后的能量损失过程。通过求解玻尔兹曼方程，我们表明，一个相当大的比例的维诺暗物质可以“温暖”的维诺质量m_{\tilde w} \sim 100-500 GeV。维诺暗物质的“温暖”在物质功率谱上留下了印记，并可能通过未来的21厘米线测量提供有关暗物质起源的进一步见解。我们的计算可以应用于其他非热wino生产方案，如wino暗物质产生的衰减的模场。
2012-09-30 astro-ph.CO hep-ph
Towards understanding thermal history of the Universe through direct and indirect detection of dark matter
我们研究的问题是，在多大程度上通过直接和间接探测实验对暗物质进行前瞻性探测，可以揭示早期宇宙中通过冻结过程热产生的暗物质的比例。通过模拟在不久的将来可以看到的假定信号，并用它们来重建WIMP暗物质的性质，我们表明，在模型无关的方法中，这只能在参数空间的一小部分中实现。然而，随着额外的理论输入，关于热冻结作为产生暗物质的主要机制的假设可能得到验证。我们用两个例子来说明这一点：一个有效场论的暗物质与矢量信使和希格西诺或维诺暗物质内的MSSM。
2017-10-16 astro-ph.CO hep-ph
Light cold dark matter from non-thermal decay
本文研究非热衰变产生的暗物质质量与自由流长度，证明可产生远低于keV的轻冷暗物质且满足Lyman-α约束，并给出两个具体例子。
2023-09-06 astro-ph.CO hep-ph
Stimulated Emission of Dark Matter via Thermal Scattering: Novel Limits for Freeze-In and eV Cold Dark Matter
本文证明热母粒子小角度散射的 $2\ o2$ 过程也可引发玻色子暗物质受激发射，并据此修正 freeze-in 产率与动量分布，为 eV 级冷暗物质提供新约束。
2024-10-24 astro-ph.CO hep-ph
Dark matter production in the early Universe: beyond the thermal WIMP paradigm
LHC对新物理的搜索越来越严格，加上在暗物质搜索中缺乏令人信服的弱相互作用大质量粒子（WIMP）信号，这些都严格限制了许多将热产生的WIMP作为冷暗物质的标准范例的实现。在这篇文章中，我们更一般地审查热和非热产生的暗物质（DM）。人们可以将DM模型分为两大类：一类涉及玻色子相干运动（bosonic coherent motion，WIMP），另一类涉及WIMP。WIMP和WIMP候选者分别需要一些近似的全局对称性和几乎精确的离散对称性。超对称轴子模型是高度动机，因为他们出现了令人信服的和优雅的解决方案的两个微调问题的标准模型：强CP问题和规范层次问题。我们在这里审查非热文物的一般设置，但我们也特别注意到丰富的宇宙学性质的各个方面的混合超对称性/轴子暗物质候选人，可以涉及两个弱相互作用大质量粒子和中微子在交织的方式。我们还简要回顾了一整套替代热和非热DM候选人。
2014-11-02 astro-ph.CO hep-ph
Dynamical Dark Matter from Thermal Freeze-Out
在动力学暗物质（DDM）框架中，暗扇区由大量暗粒子组成，它们的质量、寿命和宇宙学丰度彼此之间遵循特定的标度关系。特别是，这个框架的最自然的版本往往需要一个宇宙学丰度谱，它与质量成反比，因此质量较大的暗扇区状态具有较小的丰度。到目前为止，DDM模型的建立主要依赖于非热机制的丰度生成，如错位生产，因为这些机制产生的丰度，具有这种属性。相比之下，最简单的热冻结倾向于产生丰度，随着暗物质成分的质量增加而不是减少。在本文中，我们证明了传统的热冻结机制存在相对简单的修改，“翻转”所产生的丰度谱，产生丰度与质量成反比。此外，我们证明了更广泛的各种寿命，丰度和质量之间的缩放关系可以出现通过热冻结比通过非热机制先前考虑的DDM合奏。因此，本文的结果扩展到热域的DDM框架，并基本上允许我们“设计”我们的DDM合奏随意，以实现丰富的阵列所产生的暗物质现象。
2018-03-22 astro-ph.CO hep-ph
Impact of bound states on non-thermal dark matter production
我们探讨了非微扰效应，即索末菲增强和束缚态的形成，对非热暗物质的宇宙学生产的影响。为此，我们专注于一类简化模型的t通道介质。这些自然地结合了早期宇宙中大修正的要求，即超越具有长程相互作用的标准模型状态，并在LHC产生相当大的新物理截面。我们发现，暗物质产量的superWIMP机制被抑制相当大，由于非微扰效应正在考虑中。这导致在这些模型中，非热暗物质的宇宙学首选参数空间发生了显著的变化。我们还重新审视了LHC边界对与非热暗物质相关的长寿命粒子的影响，并发现在LHC上测试这种情况比以前预期的更大的挑战。
2022-10-12 astro-ph.CO hep-ph
Non-thermal Production of Minimal Dark Matter via Right-handed Neutrino Decay
最小暗物质（MDM）是最简单的暗物质场景之一。在MDM模型中，MDM多重态成员之间的湮灭和共湮灭过程通常非常有效，将暗物质质量推到$\mathcal{O}(10)$ TeV以上，以重现观测到的暗物质遗迹密度。出于这个小缺点，在本文中，我们考虑的MDM方案的三个右手中微子的扩展。MDM多重峰的两个具体的选择进行了研究：一个费米子$SU(2)_L$五重峰和标量$SU(2)_L$七重峰。最轻的右手中微子，具有微小的汤川耦合，在早期宇宙中从未达到热平衡，是由冻结产生的。这在暗物质和中微子物理学之间建立了联系：暗物质可以通过最轻的右手中微子在冻结后的衰变而非热产生，从而大大降低了暗物质的质量。我们讨论的现象学的非热产生的MDM，并考虑到显着的索末菲校正，我们发现，暗物质质量必须有一些特定的值，以便不与当前的界限从伽马射线观测冲突。
2015-09-29 astro-ph.CO hep-ph
Superheavy Thermal Dark Matter and Primordial Asymmetries
早期宇宙可能具有多次再加热事件，导致可见扇区熵密度的跳跃，从而稀释粒子不对称性和冻结态的数量密度。事实上，在阿弗莱克-戴恩重子生成模型中，通常需要后期时间熵跳跃，这通常会产生一个太大的初始粒子-反粒子不对称性。后期稀释的一个重要结果是，需要较小的暗物质湮灭截面来获得观测到的暗物质遗迹密度。对于具有高尺度重子生成的宇宙学，其次是辐射主导的暗物质冻结，我们表明，热遗迹暗物质上的微扰么正性质量约束放宽到$10^{10}$ GeV。我们继续研究超重非对称暗物质模型，通过一个相当大的熵注入后，暗物质冻结，并确定阿弗莱克-戴恩机制将如何产生重子和暗不对称。
2017-01-20 astro-ph.CO hep-ph
Boltzmann equation for non-equilibrium particles and its application to non-thermal dark matter production
本文研究了与热池弱耦合的标量场（称为$ϕ$）的数密度演化。我们使用从Kadanoff-Baym方程导出的玻尔兹曼方程，假设热浴中的自由度被很好地描述为“准粒子”。“当准粒子的宽度可以忽略不计时，$ϕ$的数密度的演化由一个简单的玻尔兹曼方程很好地控制，该方程包含了准粒子与热质量的色散关系所评估的产生率和分布函数。我们特别注意的情况下，暗物质是非热产生的粒子在热浴中的衰变，上述形式是适用的。当适当地考虑热浴效应时，暗物质的残余丰度与不考虑热浴效应时的结果相比可能会有$O(10-100%)$的变化。
2012-01-29 astro-ph.CO hep-ph
Axion dark matter with thermal friction
在早期宇宙中，轴子场的宇宙学演化可能受到轴子与热化隐扇区耦合引起的热摩擦的显著影响。我们研究了这种热摩擦对轴子暗物质密度及其扰动的影响，当热摩擦超过哈勃摩擦时，直到轴子场开始围绕潜在的最小值振荡。我们表明，在存在相当大的热摩擦，可以有一个指数衰减阶段的轴子场之前的振荡阶段，在此期间的轴子能量密度有效地消散到隐藏的热浴。因此，先前排除的参数区域，由于过度封闭的遗迹轴子密度成为宇宙学上可行的热摩擦。特别是，一个比$μ$ eV轻得多的QCD轴子是可行的，而不需要调整初始失准角。我们还发现热摩擦可以通过多种方式影响轴子暗物质的密度扰动。例如，它可以减轻在暴胀前PQ破坏场景中轴子暗物质上的大尺度等曲率约束，这将使暴胀前轴子暗物质在宽范围的模型参数上与高尺度暴胀相容。在后暴胀PQ破缺的情况下，热摩擦也可以显著改变轴子弦的标度行为，从而改变所得轴子微团的典型尺寸。
2023-02-27 astro-ph.CO hep-ph
Super heavy thermal dark matter
我们提出了一个机制的基本热暗物质的质量高达$10^{14}$ GeV，在一个标准的宇宙学历史，其遗迹的丰度完全由它与标准模型的相互作用，而不违反微扰么正性约束。暗物质由许多近简并粒子组成，它们与标准模型熔池成最近邻链散射，并通过非平衡衰变和逆衰变与标准模型熔池保持化学平衡。现象学包括超重基本暗物质和在宇宙学历史的不同时期衰变的重遗迹，与CMB，结构形成和宇宙线实验的影响。
2019-06-19 astro-ph.CO hep-ph
Accurate estimate of the relic density and the kinetic decoupling in non-thermal dark matter models
非热暗物质的产生是热WIMP暗物质的标准范例的一个有吸引力的替代方案。我们重新考虑非热生产机制，在一个系统的方式，并制定了一个数值代码精确计算的暗物质遗迹密度。我们讨论了在特定的情况下，长寿的大质量状态衰减成暗物质粒子，自然出现在几个超越标准模型理论，如超引力和超弦框架。由于非热生产有利于暗物质候选人与大对湮灭率，我们分析了可能的连接与异常检测到的轻子宇宙射线通量的帕梅拉和费米。集中在超对称模型，我们认为这些非标准的宇宙学在选择一个首选的质量尺度最轻的超对称粒子作为暗物质候选人的影响，以及随之而来的影响，在LHC发现或排除的新物理的解释。最后，我们研究了一个相当有预测性的模型，G2-MSSM，调查一些标准的假设通常实施的解决方案中的玻尔兹曼方程的暗物质组件，包括共湮灭。我们质疑的假设，动力学平衡举行沿整个阶段的暗物质的产生，和因式分解的有效性通常实施重写耦合玻尔兹曼方程的系统为每个共湮灭的物种作为一个单一的方程的总和的所有数密度。作为一个副产品，我们在这里开发的形式主义，以计算的动力学解耦温度的情况下，coannihilating粒子，这也可以应用于其他粒子物理框架，也可以在一个标准的宇宙学的标准热遗迹。
2011-04-20 astro-ph.CO hep-ph
Internal Bremsstrahlung Signature of Real Scalar Dark Matter and Consistency with Thermal Relic Density
最近在费米-LAT数据中发现了与130 GeV左右的线发射一致的来自银河系中心的伽马射线过剩。虽然费米-LAT合作尚未证实其重要性，但这样的信号将是暗物质湮灭的明确标志。到目前为止，已经有许多人试图用暗物质来解释这种过剩。然而，如果需要与暗物质的正确热遗迹密度保持一致，这些努力往往会使光子的横截面过小。在这封信中，我们考虑一个简单的汤川相互作用，可以兼容这两个方面，并显示哪些参数是有利的。
2013-08-28 astro-ph.CO hep-ph
Phasing out Dark Matter Isocurvature with Thermal Misalignment
University of Pittsburgh（匹兹堡大学）；Harvard University（哈佛大学）；The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Texas A&M University（德州农工大学）
本文提出热偏移机制作为暗物质宇宙学生产的替代方案，通过粒子热浴中的弱耦合生成有限温度势能，使标量场在辐射时期早期趋向大场值，动态诱导偏移并抑制等离子体扰动。
2026-03-18 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological imprints of non-thermalized dark matter
非热化的暗物质是广泛研究的弱相互作用大质量粒子的宇宙学可行的替代品。我们研究了由冻结和superWIMP产生以及两者结合所引起的暗物质相空间分布的演化。利用我们在CLASS中的实现，我们研究了由Lyman- $α$森林观测约束的物质功率谱上的宇宙学印记。对于一个显式的彩色$t$通道介质模型的例子，我们探讨了宇宙学允许的参数空间，突出莱曼- $α$约束与大爆炸核合成和大型强子对撞机的相互作用。
2021-12-16 astro-ph.CO hep-ph
Thermalization in the presence of a time-dependent dissipation and its impact on dark matter production
本文研究了时间依赖性耗散率对亚稳态场高能衰变产物热化的影响，发现这些高能粒子在暴胀加热期间能实质性贡献暗物质产生，并以模型无关方式阐明了能解释观测暗物质遗迹丰度的参数空间。
2023-10-18 astro-ph.CO hep-ph
PeV-Scale Dark Matter as a Thermal Relic of a Decoupled Sector
在这封信中，我们考虑了一类场景，其中暗物质是一个沉重的隐藏部门的一部分，是热解耦的标准模型在早期宇宙。暗物质通过湮灭到更轻的亚稳态而冻结，其随后的丰度可以自然地支配宇宙的能量密度。当这种状态衰变时，它会重新加热可见部分并稀释所有残余丰度，从而使暗物质比弱尺度重几个数量级。为了具体起见，我们考虑一个简单的实现与狄拉克费米子暗物质候选人耦合到一个大质量的规范玻色子，通过其动力学混合超荷衰变到标准模型。我们确定可行的参数空间中的暗物质可以作为重~1-100 PeV，而不会在早期宇宙过度生产。
2016-02-26 astro-ph.CO hep-ph
Thermal Dark Matter From A Highly Decoupled Sector
最近的研究表明，如果暗物质与一个与标准模型高度解耦的扇区处于热平衡状态，那么即使暗物质重至1-100 PeV，它也可以以可接受的残余丰度冻结出来。在这种情况下，暗区和可见区都是在膨胀后填充的，但具有独立的温度。暗区中最轻的粒子通常寿命很长，并且可以支配宇宙的能量密度。在衰变时，这些粒子可以显著地重新加热可见部分，稀释暗物质的丰度，从而允许比传统WIMP重得多的暗物质粒子。在本文中，我们提出了一个系统的和教学的治疗宇宙学的历史，在这一类的模型，强调最简单的情况下，一个暗物质候选人湮灭成隐藏的部门粒子，然后通过矢量，希格斯，或轻子门户网站衰减成可见物质。在每一种情况下，我们发现足够的参数空间，非常重的暗物质粒子可以提供一个可接受的热遗迹丰度。我们还讨论了具有这些动态的模型可能的扩展。
2016-12-01 astro-ph.CO hep-ph
Smallest Halos in Thermal Wino Dark Matter
（迷你）分裂超对称解释了观测到的希格斯质量，并逃避了严格的约束，同时保留了TeV尺度超对称的良好特征，而不是小层次问题。这样的情景自然地预测了热温暗物质，其质量约为$3 \, {\rm TeV}$。它的非微扰增强湮灭是一个有前途的间接探测实验的目标。众所周知，识别最小的晕圈对于减少解释间接检测实验的不确定性至关重要。尽管它的重要性，最小的热维诺暗物质晕还没有得到很好的理解，因此在这项工作中进行了调查。特别是，我们注意到两个方面：1）中性的维诺主要通过涉及稍微重的带电维诺的非弹性过程与原始等离子体处于动力学平衡; 2）由此产生的密度对比显示出比冷暗物质更大的功率在暗声学振荡峰，这是已知的过冲现象。通过考虑它们，我们提供了一个严格的估计的助推因子。我们的结果有助于通过间接探测实验中的积极努力来准确地钉扎热Wino暗物质。
2019-12-23 astro-ph.CO hep-ph
Implications of Two-component Dark Matter Induced by Forbidden Channels and Thermal Freeze-out
我们考虑一个基于隐藏的$U(1)_D$对称性的双组分暗物质模型，其中暗物质的残余密度由禁戒通道和热冻结决定。隐藏的$U(1)_D$对称性自发地破缺为剩余的$\mathbb{Z}_4$对称性，最轻的$\mathbb{Z}_4$带电粒子可能是暗物质的候选者。此外，根据暗区的质量等级，我们有两种成分的暗物质。我们发现，遗迹密度较轻的暗物质成分可以确定禁止湮灭通道，需要更大的耦合相比，正常的冻结机制。结果表明，较轻的暗物质组分可以产生较大的自相互作用，这可能解决$Λ$ CDM模型的小尺度问题。另一方面，较重的暗物质成分是由正常的冻结机制产生的。我们发现，有趣的影响之间出现的两个暗物质组件在这个框架。我们探索这些暗物质粒子的可探测性，并显示一些参数空间可以通过SHiP实验进行测试。
2017-01-20 astro-ph.CO hep-ph
CMB signature of non-thermal Dark Matter produced from self-interacting dark sector
本文提出在I型跷跷板模型中引入狄拉克费米子χ和复标量φ，通过长寿命φ在BBN至CMB期间的非热衰变产生暗物质并贡献额外中微子自由度，从而利用CMB实验中ΔNeff的精确测量间接探测该非热暗物质场景。
2023-06-07 astro-ph.CO hep-ph
Distinguishing thermal histories of dark matter from structure formation
本文通过建立暗物质现今速度与产生机制的联系，利用结构形成观测约束其退耦温度和相空间分布，并展示未来精确数据可区分或排除 freeze-in 与 freeze-out 等暗物质热历史场景。
2024-01-15 astro-ph.CO hep-ph
Sterile neutrino Dark Matter production from scalar decay in a thermal bath
我们计算了热等离子体中中性或带电标量场衰变产生单重态费米子的速率。我们发现，有相当大的热修正时，等离子体的温度超过质量的衰变标量。在衰变产物为相对论性的情况下，我们给出了温度校正的产生率的解析表达式。我们还研究了制度的非相对论性衰变产物的数值。我们的结果可以用来确定标量衰变中产生的暗物质粒子的丰度和动量分布。包含热修正有助于改善对暗物质粒子自由流动的预测，这对于测试给定模型与宇宙结构形成的兼容性至关重要。经过一些修改，我们的结果可以推广到标量衰变中其他暗物质候选者的产生。
2016-06-13 astro-ph.CO hep-ph
Early kinetic decoupling of dark matter: when the standard way of calculating the thermal relic density fails
计算热产生的暗物质粒子的丰度已经成为一个标准程序，复杂的方法保证了与观测测定暗物质密度的100级精度相匹配的精度。在这里，我们指出，在通常采用的形式主义，即局部热平衡的冻结过程中的湮灭暗物质粒子的主要假设之一，并不一定要满足一般。我们提出了两种方法如何处理这种情况下，暗物质的动力学解耦发生得如此之早，它干扰了化学解耦过程：i）一个近似的治疗方面的耦合系统的微分方程的领先的动量矩的暗物质分布，和ii）一个完整的数值解的玻尔兹曼方程在相空间。为了说明，我们将这些方法的情况下，标量单暗物质。我们明确地表明，即使在这个简单的模型中，预测的暗物质丰度可以影响到一个数量级相比，传统的治疗。
2020-05-11 astro-ph.CO hep-ph
Thermally modified sterile neutrino portal dark matter and gravitational waves from phase transition: The Freeze-in case
我们考虑到热效应的暗物质生产过程的评估。在右手中微子的辅助下，冻结态大质量粒子暗物质的产生历史可以通过两步相变得到修正。衰变/逆衰变或湮灭过程的运动学可以受到宇宙冷却时有限温度效应的影响。该模型所遵循的对称性的历史可以通过DM遗迹丰度演化过程来揭示。可以探测由引力波产生的强一级电弱相变。层次问题的额外标量的数量可以通过LHC的希格斯离壳搜索来探测。
2018-10-07 astro-ph.CO hep-ph
Non-thermal Dark Matter from Modified Early Matter Domination
在早期物质占主导地位的时期，热冻结或冻结可以产生正确的暗物质丰度为$\langle σ_{\rm ann} v \rangle_{\rm f} < 3 \times 10^{-26}$ cm $^3$ s $^{-1}$。在标准的场景中，一个表现得像物质的单一场驱动了早期的物质主导时代。然而，在现实模型中，这个时期可能涉及一个以上的领域。在本文中，我们研究的影响，这种修改的生产暗物质在早期的物质统治。我们表明，即使是一个次主导的第二场，衰减速度远远快于主导的，可以大大提高宇宙的温度在早期的物质占主导地位的阶段。这反过来又影响了暗物质通过冻结/冻结的生产，并打开了允许的参数空间，朝向显着更大的暗物质质量。因此，人们可以轻松地获得正确的遗迹丰度PeV规模的暗物质的再加热温度在10 GeV或以下。
2018-12-26 astro-ph.CO hep-ph
Non-thermal WIMPs as "Dark Radiation" in Light of ATACAMA, SPT, WMAP9 and Planck
普朗克和WMAP 9卫星以及ATACAMA和南极望远镜最近提供了关于喜剧微波背景角功率谱的结果。数据初步表明，在早期宇宙中存在额外的辐射成分。在这里，我们表明，这个额外的组件可以模仿普通的WIMP暗物质粒子的大部分是冷的，但与一小部分是非热产生的相对论状态。我们提出了几个例子的理论，这种情况下，明确实现，并探讨相关的参数空间与BBN，CMB和结构形成界限一致。
2013-04-18 astro-ph.CO hep-ph
Thermal effects on Dark Matter production during cosmic reheating
Université catholique de Louvain（天主教鲁汶大学）；Technische Universität München（慕尼黑工业大学）；University of Tokyo（东京大学）；Ludwig-Maximilians-Universität（慕尼黑大学）；Max-Planck-Institut für Physik（马克斯·普朗克物理研究所）
研究宇宙再加热期间热历史对暗物质 relic abundance 的影响，结合 CMB 观测预测碰撞实验结果。
2026-04-17 astro-ph.CO hep-ph
When Freeze-out Precedes Freeze-in: Sub-TeV Fermion Triplet Dark Matter with Radiative Neutrino Mass
我们提出了一个最小的预测方案的暗物质和辐射中微子质量的遗迹丰度的暗物质产生的混合设置包括热冻结以及非热冻结机制。考虑到三个副本的费米子三重态和一个标量二重态，在一个完整的$\mathbb{Z}_2$对称性下的奇数，负责中微子质量的辐射起源，我们认为最轻的费米子三重态作为一个暗物质的候选人，它仍然在通常的热冻结在sub-TeV制度下丰富。$\mathbb{Z}_2$ -奇标量偶衰变为暗物质的晚期衰变作为非热（冻结）贡献，不仅填补了热暗物质的不足，而且还限制了母粒子的参数空间，从而产生了正确的暗物质残余丰度。除了显示出与纯粹冻结和纯粹冻结暗物质的场景有有趣的区别之外，该模型仍然可以通过碰撞机上消失的电荷径迹签名，可观察到的暗物质的直接和间接检测率以及几乎消失的最轻中微子质量的预测来进行测试。
2018-09-10 astro-ph.CO hep-ph
Dilution of axion dark radiation by thermal inflation
Peccei-Quinn（PQ）机制中的轴子为解决粒子物理标准模型中的强CP问题提供了一个有希望的解决方案。相干产生的PQ标量场可能主导早期宇宙的能量密度，并衰变为相对论性轴子，这将与当前的暗辐射约束相冲突。我们研究了由$U(1)$规范希格斯场驱动的热膨胀稀释这种轴子的可能性。一个动机良好的额外规范$U(1)$是局部$B-L$对称性。我们还讨论了$U(1)_{B-L}$的情况下，在这样的宇宙学和一个可用的重子生成机制的含义。
2015-08-11 astro-ph.CO hep-ph
The Majoron Cosmological Window: Dark Matter and Thermal Leptogenesis
Institute for Particle Physics Phenomenology, Department of Physics, Durham University（达勒姆大学粒子物理现象学研究所）；Instituto de Física Teórica UAM/CSIC, Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学理论物理研究所UAM/CSIC）；Institute for Astroparticle Physics (IAP), Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院天体粒子物理研究所(IAP)）；Department of Physics, University of Basel（巴塞尔大学物理系）
本文研究了Majoron暗物质与高能级热轻子生成同时存在的宇宙学可行区域，通过约束右-handed-neutrino质量尺度，确定Majoron丰度和可见暗物质衰变耦合强度，结合暗物质生产机制和暖暗物质限制，映射出Majoron宇宙学窗口，并展示未来X射线和伽马射线望远镜可探测剩余参数空间。
2026-05-18 astro-ph.CO hep-ph
Common origin of modified chaotic inflation, non thermal dark matter and Dirac neutrino mass
我们提出了一个粒子物理标准模型的最小扩展，以适应宇宙暴胀，暗物质和轻中微子质量。虽然暴胀阶段是从修改后的混沌暴胀方案中获得的，与最新的宇宙学数据一致，但暗物质粒子是费米子单线态，在早期宇宙中仍然处于平衡状态。标量场通过适当的修改恢复了混沌膨胀的场景，也有助于产生暗物质与其母粒子的微小耦合，自然实现非热或冻结类型的暗物质场景。有趣的是，同样的辅助标量场也有助于实现微小的汤川耦合，这是从中微子耦合到标准模型（如希格斯场）产生亚电子伏狄拉克中微子质量所必需的。极小性以及为所有三个问题提供统一的解决方案，使模型在跨越所有边界的实验中保持预测性。
2020-03-25 astro-ph.CO hep-ph
Saxion Cosmology for Thermalized Gravitino Dark Matter
在所有的超对称理论中，质量被普朗克尺度抑制的引力子是暗物质的明显候选者;但是如果引力子达到热平衡，这样的暗物质显然要么太丰富，要么太热，被排除在外。然而，在轴子理论中，一个轴子凝聚体是在宇宙历史的早期产生的，它的晚期衰变稀释了暗物质。我们表明，这种稀释允许先前热化的引力子占观察到的暗物质在非常宽的范围内的引力子质量，千电子伏< $m_{3/2}$ < TeV，轴子衰变常数，$10^9$ GeV < $f_a$ < $10^{16}$ GeV，和saxion质量，10兆电子伏< $m_s$ < 100 TeV。这个参数空间上的约束条件进行了研究，从BBN，超对称性破缺，引力子和轴子生产冻结和萨克逊衰变，并从轴子生产错位和参数共振机制。$(m_{3/2}, f_a, m_s)$的大的允许区域仍然存在，但是对于DFSZ和KSVZ理论是不同的。在对撞机上产生的超伴子可能会导致顶点位移和扭结的事件，并且可能包含衰变为$(WW,ZZ,hh), gg, γγ$或一对标准模型费米子的萨克斯子。冻结可能导致引力子暗物质的次主导暖成分，而萨克逊衰变为轴子可能导致暗辐射。
2017-03-28 astro-ph.CO hep-ph
Cosmic abundances of SIMP dark matter
亚GeV尺度质量的轻暗物质的热产生可以归因于$3\rightarrow 2$自湮灭过程。我们考虑了暗物质在$3\rightarrow 2$和一般高阶相互作用下湮灭截面的热平均值。一个正确的初始暗物质粒子的热平均值是重要的，特别是，湮灭截面与整体速度依赖性和/或共振极点。我们将我们的一般结果应用到基准模型的SIMP暗物质，并讨论了共振极点的影响，在确定的遗迹密度。
2017-04-21 astro-ph.CO hep-ph
Generation of WIMP Miracle-like Densities of Baryons and Dark Matter
观测到的暗物质的密度与热遗迹弱相互作用大质量粒子（WIMP）的预期密度相当。此外，观测到的重子密度与暗物质密度在一个数量级之内。这表明重子密度与典型的热遗迹WIMP暗物质密度有物理联系。我们提出了一个模型，同时产生的重子和暗物质通过修改一个大的初始重子不对称的热遗迹WIMP的密度。在大型强子对撞机上产生携带重子数的不稳定标量将是该模型的一个明确标志。
2012-01-15 astro-ph.CO hep-ph
Mirage in the Sky: Non-thermal Dark Matter, Gravitino Problem, and Cosmic Ray Anomalies
最近宇宙射线的异常现象可能是由于银河系中的暗物质湮灭造成的。为了获得所需的大截面来解释数据，同时仍然获得正确的遗迹密度，我们依赖于暗物质冻结和大爆炸核合成（BBN）之间的非标准热历史。我们表明，通过重模量甚至引力子衰变的再加热阶段，如果暗物质的自湮灭截面足够大，我们可以产生正确的遗迹密度。除了拟合最近的数据，这个方案解决了宇宙学模量和引力子问题。我们以U（1）_{B-L}扩展的MSSM为例说明了这种机制，其中超对称性通过海市蜃楼中介被破缺。这些由弦激发的模型自然包含了重模量衰变到引力子，随后衰变到LSP可以在低温下重新加热宇宙。右旋超中微子和B-L高真中微子都可以成为具有大截面的暗物质候选者。它们是亲轻子的，因为B-L电荷。我们还表明，它是可以区分的非热的热的情况下（使用索末菲增强）在直接检测实验的某些区域的参数空间。
2009-04-24 astro-ph.CO hep-ph
A Thermal Neutrino Portal to Sub-MeV Dark Matter
在核合成和复合时，比MeV轻的热遗迹对宇宙的能量密度有贡献。对额外辐射自由度的约束通常甚至排除了这种最简单的暗扇区。我们探讨了亚MeV暗区在中微子-光子退耦后与标准模型达到平衡的可能性，这大大削弱了这些约束，并在中微子质量产生的背景下通过轻子数的自发破缺自然产生。获得足够的暗物质丰度，通过引力、物质辐射等同性和中微子质量标度$(m_\text{Pl} / T^\text{MRE})^{1/4} \, m_ν\sim \text{MeV}$的重合，独立地激发了这些模型中的MeV标度。这类设想将通过未来对宇宙微波背景和宇宙物质结构的测量进行决定性的检验。虽然暗区主要与标准模型中微子相互作用，但原则上与核子的大耦合是可能的，从而导致在拟议的低阈值直接检测实验中可观察到的信号。
2018-07-11 astro-ph.CO hep-ph
New Thermal-Relic Targets for sub-GeV Dark Matter Direct Detection
University of Chicago（芝加哥大学）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）；Kavli Institute for Cosmological Physics, University of Chicago（芝加哥大学卡弗里宇宙物理学研究所）
本文提出新的热 relic 阶段，用于子千电子伏暗物质模型，通过矢量媒介粒子耦合，为直接探测实验提供预测性目标。
2026-07-16 astro-ph.CO hep-ph
New Thermal Relic Targets for Inelastic Vector-Portal Dark Matter
我们研究矢量门户非弹性暗物质（DM）模型DM质量$m_χ$和暗光子质量$m_{A'}$，在“禁止暗物质”制度，其中$1 \lesssim m_{A'}/m_χ\lesssim 2$，仔细跟踪整个冻结的暗扇区温度。与对称DM模型相比，暗区的非弹性性质放松了严格的宇宙微波背景（CMB）和自相互作用约束。我们确定的CMB限制，涉及激发态和湮灭到$e^+e^-$通过初始状态辐射的$A'$，以及限制DM自散射，在一个循环的水平进行。无约束的参数空间作为加速器$A'$搜索的理想目标，并提供DM自相互作用截面，该截面足够大以显著地影响小尺度结构。
2021-05-11 astro-ph.CO hep-ph
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
Annihilating Asymmetric Dark Matter
在热不对称暗物质（ADM）模型中，粒子和反粒子暗物质（DM）的残余丰度不需要有很大的不同。通过考虑原始不对称性对耦合DM和反DM的热玻尔兹曼演化的影响，我们导出了所需的湮灭截面。这与CMB和Fermi-LAT伽马射线数据结合使用，以限制在热冻结中存活的反DM粒子的数量密度。在热ADM框架下重新分析银河系中心的扩展γ射线辐射时，我们发现湮没成$τ$轻子的反DM数密度比DM的更倾向于1-4 $\%$，而$b$ -夸克通道的反DM数密度比DM的更倾向于50-100 $\%$。
2014-08-21 astro-ph.CO hep-ph
Non-thermal production of heavy vector dark matter from relativistic bubble walls
King’s College London（伦敦国王学院）；University of Southampton（南安普顿大学）
研究通过非热机制产生TeV尺度向量暗物质，发现气泡壁扩展是主导产生方式，且在特定参数空间内可被引力波探测器探测。
2026-03-10 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter Production during the Thermalization Era
我们重新审视非热暗物质（DM）的生产过程中的热化和再加热时代后的通货膨胀。暴胀子的衰变产生高能粒子，这些粒子被热化以完成宇宙的再加热。在热化完成之前，DM可以由高能粒子和/或环境等离子体之间的碰撞产生。我们计算的DM丰度的情况下，从这些过程中产生的DM生产的横截面是成比例的$n$次幂的质心能量。我们发现，高能粒子之间的碰撞几乎总是占主导地位的$n \gtrsim 4$，而它是次主导的$n \lesssim 2$。当$n \lesssim 3$和再加热温度等于或大于DM质量时，来自环境等离子体的生产占主导地位。高能粒子与周围等离子体碰撞产生的产物对$n \lesssim 2$很重要，并且再加热温度远低于DM质量。
2021-01-18 astro-ph.CO hep-ph
Light Higgsino Dark Matter from Non-thermal Cosmology
我们研究的情况下，higgsino暗物质的背景下，一个非标准的宇宙学与大爆炸核合成之前的一段时间的物质统治。如果物质主导通过再加热到低于higgsino热冻结温度的温度而结束，那么它会改变暗物质遗迹的丰度。我们进行了一个独立的模型分析的希格西诺暗物质生产在这样的情况下。我们表明，轻higgsino型暗物质是可能的再加热温度接近1 GeV。我们研究的影响，暗物质间接检测和对撞机物理在这种情况下。我们表明，费米-LAT数据排除了非热希格斯玻色子的质量低于300 GeV。未来从费米-LAT和CTA进行的间接暗物质搜索将能够基本上覆盖整个参数空间。与热的情况相反，来自100 TeV对撞机的对撞机信号可以完全测试非热higgsino。在本文的第二部分中，我们讨论了这种非热宇宙学的动机从弦论的角度与后期衰减的KKLT和LVS模量稳定机制的模量。我们描述了嵌入暗物质希格西诺在这些情况下的影响。
2016-11-02 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Non-thermal warm dark matter limits from small-scale structure
本文将重媒介衰变产生的非热惰性暗物质映射为有效热遗迹温暗物质，结合矮星系丰度与强透镜流量比统计，在95%置信度下给出107 keV的质量下限。
2023-05-25 astro-ph.CO hep-ph hep-th
