WIMPs at High Energy Muon Colliders
弱相互作用大质量粒子（WIMP）范式是粒子暗物质（DM）最引人注目的方案之一。我们表明，在本文中，高能μ子对撞机可以作出决定性的声明WIMP DM，这应该作为其主要的物理驱动程序的情况之一。我们证明了这一点，采用DM作为最轻的成员的电弱（EW）多重态，这是一个简单的，但最具挑战性的WIMP的情况下，其最小的对撞机签名和高热目标的质量规模为1 TeV $-$ 23 TeV。我们进行了第一次研究的范围内的高能μ子对撞机，专注于简单，包容性和保守的信号与大的丢失质量，通过单光子，VBF双μ子和一个新的单μ子通道。使用这些包容性的信号，它是可能的，以涵盖与10 TeV μ子对撞机的双重和三重态的热目标。更高的能量，14 TeV $-$ 75 TeV，将确保$5 σ$达到更高EW多重态的热目标以上。我们还估计了搜索消失的轨道的范围，表明潜在的显着增强的灵敏度。
2021-07-02 hep-ex hep-ph
Neutron Star Heating in Dark Matter Models for the Muon $g-2$ Discrepancy
观测到的μ子磁偶极矩值偏离了标准模型的预测，$4.2σ$，可以用与μ子耦合的弱相互作用大质量粒子（WIMPs）模型来解释。然而，在未来的大型强子对撞机实验和暗物质（DM）直接研究中，这些模型的参数空间仍有相当大的范围未被探索。在这项工作中，我们讨论了中子星（NS）的温度观测作为一个有前途的方式来探测这样的模型，WIMP被有效地捕获NS通过DM μ子或自旋相关的DM核子散射。被捕获的WIMP最终在恒星核心湮灭并加热NS。这种效应可以在旧的NS中观察到，因为它使NS表面温度最多保持在几千K，这远高于标准NS冷却理论对年龄超过$\sim 10^7$年的NS的预测值。我们考虑两类代表性的模型，其中DM夫妇或不耦合到希格斯场在树的水平，并表明，最大DM加热实现在这两种情况下。
2022-04-17 hep-ph
Gamma rays from muons from WIMPs: Implementation of radiative muon decays for dark matter analyses
伽马射线末态中的暗物质搜索通常利用光子可以从末态μ子产生的事实。现代的蒙特卡罗发生器和DM程序包括了在暗物质湮灭过程中产生的μ子的终态辐射效应，但忽略了随后μ子衰变产生的O（1%）辐射校正。实施此校正后，我们证明了它可以通过考虑的情况下，暗物质湮灭到4 μ子通过标量介体生产的暗物质现象学的效果。我们首先表明，AMS-02的正电子过剩可以不再容易地作出一致的最终状态，一旦费米-LAT矮极限计算包括辐射μ子衰变，我们接下来表明，费米-LAT银河系中心γ过剩可以改善与此最终状态后，包括相同的效果。我们提供的代码和表中流行的暗物质代码micrOMEGAs的实现这种效果，提供了一个解决方案，任何模型产生最终状态μ子。
2016-04-04 astro-ph.HE hep-ph
Neutrinos from WIMP annihilations
本文对太阳和地球内部WIMP湮灭产生的中微子流作了改进的分析。我们把中微子相互作用和振荡效应在一个一致的框架。我们的数值模拟是在基于事件的设置，这是有用的理论研究和创建中微子望远镜Monte Carlos。我们发现，μ子型中微子流的增强或抑制取决于占主导地位的WIMP湮灭通道。
2007-10-08 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
Detection possibility of a Pseudo-FIMP in presence of a thermal WIMP
一个与可见光区有微弱相互作用的暗物质（DM）可以通过与弱相互作用大质量粒子（WIMP）的实质性相互作用而热化。此类DM候选物被分类为假TIMP（pTIMP）。pFIMP可以通过WIMP环提供直接和间接搜索前景。这项工作的重点是这些可能性。我们提供了所有这样的一个循环图，涉及标量，费米子和矢量玻色子粒子通过pFIMP可以与标准模型相互作用，假设他们都是通过$\mathbb{Z}_2\otimes \mathbb{Z}_2^{\prime}$对称性稳定。我们阐述了一个模型，其中费米子DM作为WIMP和标量单态作为pFIMP具有可忽略的希格斯门相互作用和通过汤川相互作用的大量转换。我们详细研究了pFIMP在模型的残余密度允许区域内的环诱导直接和间接搜索前景。
2022-12-30 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
Prospects for Heavy WIMP Dark Matter Searches at Muon Colliders
总结暗物质模型约束的图可以帮助可视化同一种实验的不同搜索之间以及不同实验之间的协同作用。在这份白皮书中，我们提出了一个更新的欧洲战略简报书情节，从对撞机搜索的角度来看，在暗物质在能源前沿（EF10）斯诺马斯专题组，从未来的对撞机设施的输入开始。我们以目前使用暗物质工作组推荐的基准模型为LHC搜索绘制的图为起点，该工作组也用于欧洲战略简报书的BSM和暗物质章节。这些图也可以作为关于暗物质互补性的跨边界讨论的起点，并且可以作为这些讨论的结果进行更新。这是一份提交给APS Snowmass流程的EF10专题组白皮书。
2022-05-20 hep-ex hep-ph
Quintessential Kination and Thermal Production of SUSY e-WIMPs
研究了由经典指数模型产生的动能主导相对超对称（SUSY）极端弱相互作用大质量粒子（e-WIMPs）热丰度的影响.当核合成前夕的能量密度参数接近其上界时，我们发现：（i）不稳定引力子完全不受引力子约束，（ii）稳定引力子的热丰度不足以解释宇宙中的冷暗物质;（iii）轴子的热丰度可以满足冷暗物质的约束，其初始（"再加热“）温度值远高于标准宇宙学所要求的温度。
2008-09-11 hep-ph
Interpreting the bounds on Solar Dark Matter induced muons at Super-Kamiokande in the light of CDMS results
利用CDMS实验中观测到的两个信号事件，通过对CDMS II合作的分析，讨论了最近对暗物质-核子弹性散射截面的限制。在这些限制下，我们试图解释由太阳中产生的中微子引起的上行μ子的检测率的超神冈（SK）界限，这些中微子来自太阳核心捕获的暗物质（WIMPs）的湮灭产物的衰变。在SK使用CDMS边界的不同湮灭通道的上行μ子的计算速率被发现是低于预测的上限，这样的上行μ子率在SK的订单。因此，存在的空间，用于解释SK边界的CDMS限制的计算速率的增强（提升）。预计该特征将代表具有当前CDMS限值的PAMELA数据。我们还显示了这种可能的增强因子（升压）对WIMP质量不同的WIMP湮没通道的依赖性。
2010-03-02 astro-ph.HE hep-ph
Baryomorphosis: Relating the Baryon Asymmetry to the "WIMP Miracle"
我们提出了一个通用的框架，“baryomorphosis”，修改重子的不对称性自然是一个典型的热遗迹WIMP密度的顺序。我们考虑一个简单的标量模型来说明这是如何可能的。该模型引入了一个扇区，在该扇区中，大的初始重子不对称性被注入到质量为~ 100 GeV - 1 TeV的粒子（“湮灭子”）phi_B，\bar{phi}_B中。phi_B- \bar{phi}_B湮灭将初始phi_B、\bar{phi}_B不对称性转换为具有类似热残余WIMP密度的最终不对称性。这随后衰减到一个传统的重子不对称性，其大小自然与热遗迹WIMP暗物质的密度有关。通过这种方式，重子和暗物质的两个巧合，即为什么它们的密度彼此相似以及为什么它们都类似于WIMP热遗迹密度（“WIMP奇迹”），可以被理解。该模型可以通过在对撞机上产生零化子来检验。
2011-04-06 hep-ph
Higgs Bosons and the Indirect Search for WIMPs
我们研究了在地球和太阳中性伴子湮灭中产生的MSSM希格斯玻色子对WIMPs探测信号的贡献。我们发现，这一贡献是非常重要的，结果表明，对于大于200 GeV的中性伴子，来自太阳的μ子通量的下限为10^{-7} - 10^{-8} m^{-2} yr^{-1}。我们注意到，由于超对称带电的希格斯玻色子玻色子，人们可以预期来自太阳的高能τ中微子通量为10^2 m^{-2} yr^{-1}。
2001-01-19 hep-ph
Baryogenesis and Dark Matter from non-thermally produced WIMPs
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）；Aliah University（阿利亚大学）；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）
本文探讨了通过非热产生WIMPs的衰变同时生成重子不对称性和暗物质的机制，通过非标准宇宙演化解决了重子不对称性不足的问题，并展示了粒子质量在探测范围内。
2026-04-13 hep-ph
Bound states of WIMP dark matter in Higgs-portal models. Part II. Thermal decoupling
希格斯双重态可以介导多TeV粒子与标准模型的弱相互作用之间的长程相互作用，而它的发射可以导致非常快速的束缚态形成过程和束缚到束缚的跃迁。利用在另一篇论文中计算的速率，我们计算了多TeV WIMP暗物质与Higgs粒子耦合的热退耦，并表明通过Higgs偶态发射和衰变形成的亚稳态暗物质束缚态能显著降低残余物密度.这反过来意味着WIMP暗物质可能比先前预期的要重得多，或者相反，对于给定的质量，暗物质与希格斯粒子的耦合可能比先前预测的要低得多，从而改变了暗物质现象。虽然我们专注于一个最小的单重态-二重态模型在共湮灭制度，我们的计算可以扩展到更大的多重态，其中所考虑的影响预计将更加显着。
2021-09-02 hep-ph
Roadmap to Thermal Dark Matter Beyond the WIMP Unitarity Bound
本文解析推广任意热冻结过程的遗迹丰度关系与暗物质质量幺正性界限，指出超越类 WIMP 上限意味着近简并态和亚稳暗物质，质量可至普朗克标度。
2024-04-06 hep-ph
The Effects of QCD Equation of State on the Relic Density of WIMP Dark Matter
弱相互作用大质量粒子（Weakly Interactive Massive Particles，WIMPs）是冷暗物质（Cold Dark Matter，CDM）中研究最多的候选粒子。在最小宇宙学模型的框架下，普朗克合作组对宇宙微波背景辐射的详细测量将标度后的CDM遗迹密度修正为$Ω_{c}h^2=0.1193\pm0.0014$，误差小于1.5%。为了充分利用这种观测精度，理论计算应该有一个相当或更小的误差。本文利用最近的格点量子色动力学计算改进了对热等离子体的描述。这影响了预测的“热WIMP”的残余密度，这些残余密度曾经与标准模型粒子处于化学平衡。对于WIMP质量在3和15 GeV之间，QCD效应是最重要的，我们的预测不同于早期的结果高达9%（12%）的纯S波（P波）湮灭。我们使用这些结果来计算热平均的WIMP湮灭截面，再现正确的CDM遗物密度，WIMP质量在0.1 GeV和10 TeV之间。
2015-03-11 hep-ph
Non-thermal WIMP baryogenesis
我们提出了一种通过重粒子衰变产生的非热产生的WIMP的湮灭实现的WIMP重子化，这可以导致低的再加热温度。暗物质（DM）可以在长寿命重粒子衰变产生的再加热期间以非热的方式产生，并且随后甚至在热冻结之后再湮灭为较轻的粒子。DM的再湮灭提供了所观察到的重子不对称性以及DM的正确残余密度。我们调查如何wahout效应可以影响重子不对称性的产生，并研究一个模型抑制它们。在这种情况下，我们发现DM可以足够重，它的湮灭截面也可以比通常的热WIMP重子生成所采用的更大。
2018-06-25 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
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
The FIMP-WIMP dark matter in the extended singlet scalar model
我们探索最简单可行的暗物质模型与一个真正的单重标量，矢量类单重态和二重态费米子。与费米子扇区相关联的汤川耦合对通过冻结机制获得电流遗迹密度起着至关重要的作用。我们讨论了最近的μ子异常磁矩实验数据和遗迹密度的约束。我们还进行了对撞机分析的FIMP暗物质的背景下，14 TeV的LHC实验与MATHUSLA 100/200探测器。我们的分析表明，在14 TeV大型强子对撞机上，使用积分亮度$\mathcal{L}=10^6 ~{\rm fb^{-1}}$可以获得足够的重电荷费米子轨道事件$>3$。
2022-01-24 hep-ph
Non-thermal WIMP Production from Higher Order Moduli Decay
本文计算模量三体与四体衰变产生两个暗物质粒子的高阶分支比，并应用于 MSSM，发现满足非热 WIMP 遗迹密度上限要求 sparticle 质量接近模量质量的一半。
2023-12-12 hep-ph
CMB Constraints On The Thermal WIMP Mass And Annihilation Cross Section
热遗迹，通常被称为弱相互作用大质量粒子（WIMP），是在宇宙早期演化过程中产生的粒子，其现在（遗迹）的丰度仅取决于它的质量和它的热平均湮灭截面（湮灭率因子）σ vann。目前的观测限制，不存在这种影响提供了边界的质量和湮灭截面的遗迹粒子，可能，但不一定是暗物质的候选人。对于暗物质候选者WIMP，CMB约束为湮灭截面设定了一个上限，导致其质量的下限取决于WIMP是否是其自身的反粒子。对于自共轭WIMP，m_min = 50fGeV，其中f是电磁能量效率因子。对于非自共轭的WIMP，最小质量是两倍大。对于暗物质密度的次主导分量WIMP，其质量没有约束，并且由CMB施加的湮灭截面的上限转变为湮灭截面的下限。这些结果概述和量化这里使用最新的CMB约束的稳定，对称（粒子和反粒子的数量相等），WIMP的湮灭是s波为主，和粒子，或不是，自己的反粒子。
2015-03-05 astro-ph.CO hep-ph
Non-Thermal Production of WIMPs and the Sub-Galactic Structure of the Universe
越来越多的证据表明，传统的冷暗物质（CDM）模型导致观测和数值模拟之间的冲突暗物质晕在亚星系尺度。Spergel和Steinhardt表明，如果CDM是强烈的自我互动，那么冲突就会消失。然而，强自相互作用的假设将排除CDM的有利候选者，即弱相互作用大质量粒子（WIMP），如中性伴子。在本文中，我们提出了一种机制，非热生产的WIMP和研究其影响的功率谱。我们发现，非零速度的WIMP抑制功率谱在小尺度上相比，它在传统的CDM模型。我们的研究结果表明，在这种情况下，WIMP作为暗物质的候选人可以很好地工作在大尺度和亚星系尺度。
2000-12-01 astro-ph 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
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
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
TeV-Scale Thermal WIMPs: Unitarity and its Consequences
我们重新研究了热WIMP暗物质湮灭截面的么正性边界。对于高质量的点状暗物质，形成WIMP束缚态是普遍的，它与索末菲增强一起影响遗迹丰度。我们发现，这些影响降低了幺正性约束从139 TeV到低于100 TeV的非自共轭暗物质和从195 TeV（经常引用的值340 TeV假设$Ω_{DM} h^2 = 1$）到140 TeV的自共轭的情况下。对于复合暗物质，其中的幺正性限制的半径被认为是质量无关的，我们表明，最大允许的质量是1 PeV。此外，我们发现了宇宙晚期湮灭的重要新效应。例如，虽然生产的高能轻费米子在WIMP湮灭被螺旋抑制，我们表明，束缚态的形成改变了这一点。再加上对TeV范围的伽马射线、宇宙射线和中微子的实验灵敏度的迅速提高，我们的研究结果为从高质量端攻击热WIMP质量范围提供了新的希望。
2019-09-02 astro-ph.HE hep-ph
Inflationary Particle Production and Implications for WIMP Substructure
King’s College London（伦敦国王学院）
本研究探讨暴胀时期共振粒子产生对暗物质湮灭信号的影响，通过分析Fermi-LAT数据，推导了热平均湮灭截面的上限，揭示了早期宇宙与现代观测间的联系。
2026-02-11 hep-ph
Non-thermal Dark Matter Production from the Electroweak Phase Transition: Multi-TeV WIMPs and "Baby-Zillas"
一阶电弱相变结束时的粒子产生在标准模型之外的理论中可能是相当普遍的。如果暗物质与希格斯场有相当大的耦合，那么它就可能通过这种机制大量产生。对于温度T_EW ~ 50-100 GeV的电弱相变，质量M_X > TeV的非热生成暗物质将在相变后的热化中幸存下来，然后可以潜在地解释在热暗物质成分太小或不存在的情况下观察到的暗物质遗迹密度。在这些情况下，暗物质可能是多TeV的WIMP，其残余丰度主要产生于电弱相变，或者是质量M_GUT >> M_X >> v_EW的“Baby-Zillas”，在早期宇宙中从未达到热平衡。
2012-11-23 astro-ph.CO hep-ph
Looking for the WIMP Next Door
我们全面研究了一类最小隐藏扇区暗物质（DM）模型的实验约束和前景，突出了这些模型的宇宙学历史如何通知实验信号。我们研究简单的“隔离”模型，其中DM冻结成不稳定的暗介质状态，并考虑这个黑暗的部门，其中耦合的暗介质的SM足以保持两个部门在早期的热平衡宇宙历史最小。在动机良好的情况下，暗介质耦合到标准模型（SM）通过重正化的相互作用，热平衡的要求提供了一个最小的，紫外线不敏感，和预测宇宙学隐藏的部门暗物质。我们呼吁DM冻结出一个黑暗的辐射浴在热平衡与SM的WIMP隔壁，并证明，这样的WIMP隔壁的参数空间是明确定义的，有界的，在很大程度上潜在的访问。这个参数空间，以及相应的信号，取决于SM和暗介质之间的主导相互作用，我们建立了希格斯粒子和矢量门户相互作用。特别是，有一个宇宙学下限的门户耦合强度必要热化的两个部门在早期宇宙。我们确定这个热化地板作为平衡温度的函数的第一次。我们表明，直接检测实验目前正在探索这个宇宙学的下限在某些地区的参数空间，而间接检测信号和地面搜索的调解人进一步切入可行的参数空间。我们目前的直接检测和暗介质搜索的兴趣区域，包括动机的参数空间的直接检测亚GeV DM。
2017-12-11 hep-ph
Charged resonances and Minimal Dark Matter bound states at a multi-TeV muon collider
本文研究了多TeV缪子对撞机在搜寻W'型带电共振态和WIMP最小暗物质带电束缚态方面的潜力，发现该对撞机能够探测接近对撞能量的重带电粒子和极小耦合，且对五重态MDM的搜寻效率高于传统WIMP搜寻方法。
2023-10-12 hep-ex hep-ph
GeV-Scale Thermal WIMPs: Not Even Slightly Dead
弱相互作用大质量粒子（WIMP）长期以来一直是暗物质候选者的主要类别之一。观测到的暗物质丰度可以通过早期宇宙中弱尺度暗物质湮灭的冻结而自然获得。这种“热WIMP”方案直接预测了可以在当今实验中测试的总湮灭截面。虽然暗物质的质量约束可以高达$m_χ\gtrsim100$ GeV的特定湮灭通道，总的截面的约束尚未确定。我们构造的第一个模型独立的限制WIMP的总湮灭截面，显示允许的组合的湮灭通道分支比大大削弱了灵敏度。对于s波$2\rightarrow2$湮灭到可见终态的热WIMP，我们发现暗物质质量仅为$m_χ\gtrsim20$ GeV。这是热遗迹WIMP质量的最强的基本上与模型无关的下限，与么正性界的质量上限（$m_χ\lesssim 100$ TeV）一起，它定义了我们所说的“WIMP窗口”。为了探索剩余的质量范围，我们概述了前进的道路。
2018-07-11 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Simultaneous 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。暗物质是由O（TeV）色标量湮灭产生的O（100）GeV规范单重标量产生的，这些标量是导致最终的热WIMP类重子不对称性的原因。没有重子洗出的要求意味着存在两个规范单重标量。如果长寿命的O（TeV）色标量具有大的超荷（|Y| > 4/3），则可以理解这种不对称性向常规重子的低温转移。在大型强子对撞机上产生这样的标量将是该模型的一个明显标志。
2015-03-05 astro-ph.CO hep-ph
Non-thermal WIMPy Baryogenesis with Primordial Black Hole
本文提出原初黑洞蒸发产生的弱相互作用大质量粒子可通过违反B和CP对称性的湮灭同时解释暗物质遗迹密度与宇宙重子不对称性，并给出质量小于10^7克的原初黑洞作为TeV暗物质源所需的截面范围，指出其可用于间接探测。
2024-02-21 hep-ph
(Non-)thermal production of WIMPs during kination
了解暗物质的本质是现代天体物理学和宇宙学面临的挑战之一。了解DM粒子的性质将有助于我们了解标准模型之外的物理学，甚至为我们提供早期宇宙的细节。事实上，探测到这样的遗迹将为我们带来大爆炸核合成（BBN）前时期的信息，这是一个我们没有数据的时代，甚至可能暗示暴胀物理学。在这项工作中，我们假设宇宙膨胀后的膨胀率是由一个标量场$ϕ$的动能，在所谓的“kination”模型。我们假设$ϕ$场衰变为辐射和DM粒子，我们将其视为弱相互作用大质量粒子（WIMPs）。然后，通过热“冻出”或“冻入”机制，或通过由$ϕ$的衰变控制的非热过程，在活化期间固定WIMP的当前丰度。我们探索这个理论的参数空间的要求，目前的WIMP丰度提供正确的DM遗迹预算。要求BBN发生在标准的宇宙学场景中，这就对点燃期结束的温度设定了限制。使用这个限制，并假设WIMP有一个质量$m_χ= 100\,$ GeV，我们得到的热平均WIMP湮灭截面必须满足的约束$4 \times 10^{-16}{\rm \,GeV^{-2}} \lesssim \langleσv\rangle \lesssim 2\times 10^{-5} {\rm \,GeV^{-2}}$，以便有至少一个的生产机制，以产生所观察到的DM量。这一结果显示了WIMP粒子的性质，如果被测量的话，可以产生关于宇宙前BBN含量的信息。
2018-10-04 astro-ph.CO hep-ph
Enhanced One-Loop Corrections to WIMP Annihilation and their Thermal Relic Density in the Coannihilation Region
我们考虑了由于初始态中光玻色子交换引起的弱相互作用大质量粒子（WIMPs）共湮灭过程的量子修正（“索末菲修正”）。我们在单循环水平上工作，即我们假设这些校正可以微扰地处理。如果至少有一个质量接近最轻的WIMP的新粒子，这是一个暗物质候选者，那么共湮灭是很重要的。在这种情况下，初始状态下（相对较轻的）玻色子的交换可以改变湮灭粒子的身份。我们感兴趣的修正因式分解，在WIMP自湮没的情况下，前面处理，但它们可以混合不同的树级振幅。此外，即使外部粒子和环中粒子之间的质量分裂很小，也会显著改变相关的环功能。我们发现这些功能的精确解析表达式，并说明考虑的情况下，作为例子的wino或希格西诺类中性伴子的效果。
2013-03-15 astro-ph.CO hep-ph
A Non-thermal WIMP Miracle
只有引力强度耦合的光标量场通常存在于标准模型之外的紫外完备物理理论中。在早期宇宙中，这些场自然会主导能量密度，而它们随后的衰变，如果在BBN之前，通常会在它们的衰变产物中产生一些暗物质粒子。在本文中，我们观察到，一个非热的WIMP“奇迹”可能会导致：即，在最简单的宇宙学模量问题的解决方案，非热产生的WIMP可以自然地解释所观察到的暗物质遗迹密度。这样的解在弦论紧化中可能是通用的。
2009-09-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Secluded WIMP Dark Matter
我们考虑一个通用的机制，通过该机制热遗迹WIMP暗物质可以从标准模型解耦，即通过组合的WIMP湮灭亚稳态介质与随后的延迟衰减到标准模型状态。我们用WIMP通过亚稳玻色子或费米子与标准模型相连的明确例子来说明这一点。在所有的模型中，只要WIMP质量大于介质的质量，它就可以从标准模型中分离出来，因为它在原子核上的弹性散射截面非常小，而且直接对撞机产生的速率也非常小。相比之下，来自WIMP湮灭的间接特征与弱尺度截面一致，并提供了潜在的可观测γ射线信号。我们还指出，γ射线约束和风味物理学对隐蔽模型的MeV级变体施加了严格的限制，并确定了通过所有观测约束的有限类。
2007-11-30 hep-ph
Thermal decoupling of WIMPs from first principles
从粒子物理学的角度来看，弱相互作用大质量粒子（WIMPs）可以说是最自然的DM候选者。在它们的数密度在早期宇宙中冻结之后，决定了它们今天的残余密度，WIMP仍然通过与标准模型粒子的散射事件保持非常接近热平衡。从热浴中完全去耦发生在1-10 MeV左右，从而设置了一个重要的宇宙尺度，可以直接转换为物质密度波动谱的小尺度截止。我们在这里提出了一个完整的分析处理的动力学解耦过程的第一原则。这允许对于任意WIMP候选者和任何散射振幅精确确定去耦尺度。作为应用，我们考虑了最轻的超对称粒子以及最轻的Kaluza-Klein粒子的情况，这些粒子出现在具有普遍额外维度的理论中;此外，我们表明我们的形式主义也可以很容易地应用于，例如，非相对论性电子向复合状态的演化。最后，我们评论了最小引力束缚结构的影响和间接探测暗物质的前景。
2016-04-19 astro-ph hep-ph
Closing the window on WIMP Dark Matter
我们研究的情况下，暗物质是一个弱相互作用粒子（WIMP）嵌入在电弱多重态。特别是，我们考虑真正的SU（2）表示零超荷，自动避免直接检测约束的树级Z-交换。我们首次计算了标量和费米子WIMP的所有可计算的热质量，包括索末菲增强和束缚态的形成在领先的规范玻色子交换和发射。几百TeV的WIMP质量被证明是兼容的湮灭截面的s波么正性，和微扰性。我们还提供了所有多重态质量的理论不确定性，这对于大SU（2）多重态是重要的。然后，我们概述了在未来的实验中探索这些场景的策略。电弱3-plets和5-plets的质量高达约16 TeV，可以在高能μ子对撞机上有效地探测。我们研究各种实验签名，如单和双规范玻色子发射丢失的能量，和消失的轨道，并确定探测热暗物质质量所需的对撞机能量和光度。更大的多重态是任何现实的未来对撞机都无法达到的，但可以在未来的伽马射线望远镜中进行测试，并可能在大曝光液体氙实验中进行测试。
2022-01-18 hep-ph
A map of the non-thermal WIMP
本文研究了重粒子在再加热结束时直接衰变产生的非热WIMP中的弹性散射效应。当再加热温度远低于冻结温度时，非热WIMP变得重要。通常，考虑两种极限情况。一种是产生的高能暗物质粒子由于与背景辐射的弹性散射而迅速热化。相应的残余丰度由再加热温度下的热平均湮灭截面确定。另一个是初始丰度太小，暗物质无法湮灭，因此最终的遗迹由初始量本身决定。我们研究了这两个极限之间的区域，并表明遗物密度不仅取决于湮灭率，但也对弹性散射率。特别是p波湮灭暗物质的残余丰度主要依赖于弹性散射率，因为湮灭截面对暗物质速度敏感。我们将参数空间分为几个区域，每个区域都有不同的机制来确定当前宇宙中暗物质的遗迹丰度。研究了直接检测的影响。
2017-03-06 astro-ph.CO hep-ph
Thermal Two Point Function of a Heavy Muon in hot QED plasma within Bloch Nordsieck Approximation
在Bloch-Nordsieck近似下研究了重μ子在热QED等离子体中的热传播子，该近似在红外区是有效的。结果表明，μ子阻尼率是有限的，与低阶计算与硬热回线考虑。
1995-01-06 hep-ph
Cross-sections and experimental signatures for detection of a well-defined dark matter WIMP
本文计算了玻色子暗物质WIMP的质量、湮灭截面、对撞机产生截面及直接探测截面，预测其在高亮度LHC上两年内可被探测到。
2025-06-24 hep-ph
WIMP/FIMP dark matter and primordial black holes with memory burden effect
Tokai University（东海大学）
研究通过记忆负担效应延长原初黑洞寿命，探讨WIMP/FIMP作为暗物质候选者的可行性，提出DM粒子不热化条件及总暗物质丰度计算方法。
2026-04-16 astro-ph.CO hep-ph
New Limits on Dark Matter from Super-Kamiokande
在直接探测实验DAMA，CoGeNT和CRESST中观察到的信号可以用具有相当大的与核子自旋无关的截面的轻WIMP来解释。这些粒子在太阳中的捕获和随后的湮灭将引起GeV范围内的中微子信号，这可能会在超级神冈观测到。我们确定向上停止μ子和完全包含的事件在超级神冈各种可能的WIMP湮灭通道的速率。这使我们能够提供强有力的约束的截面的WIMP与核子。我们发现，DAMA和CoGeNT信号是不一致的标准热WIMP湮灭占主导地位的中微子或tau对。我们还提供了限制自旋相关的WIMP核散射的质量高达80 GeV。这些排除DAMA青睐的区域，如果WIMP湮灭，甚至占主导地位的中微子，金牛座，底部或魅力。
2011-04-04 astro-ph.CO hep-ph
Thermal Real Scalar Triplet Dark Matter
本文全面研究了热弱相互作用的候选者实标量三重态暗物质，特别关注了暗物质与希格斯玻色子之间的弱相互作用和其它相互作用对暗物质湮灭的索末菲效应。我们发现一个参数区域，其中包括所谓的“WIMP奇迹”之一仍然存在，即它尊重所有的约束所施加的暗物质搜索在对撞机实验，地下实验（直接检测）和天体物理观测（间接检测）。该区域也被发现是有效地搜索各种不久的将来的实验。特别是，XENONNT实验将覆盖几乎整个参数区域。
2021-05-17 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
WIMPZILLAS!
有很多理由相信，宇宙目前的质量密度是由一种弱相互作用大质量粒子（WIMP）主导的，它是早期宇宙的化石遗迹。理论上的想法和实验上的努力主要集中在热遗迹的生产和检测上，其质量通常在几GeV到一百GeV的范围内。在这里，我将回顾非热暗物质的生产方案。由于非热WIMPS的质量在10^{12}到10^{16} GeV之间，比热WIMPS的质量大得多，它们可以被称为WIMPZILLAS。在寻找暗物质的过程中，最好记住“大小确实很重要”。''
1998-10-14 astro-ph hep-ph
Search for WIMPs at future $μ^+μ^+$ colliders
本文研究未来多TeV μ+μ+对撞机上通过直接和间接搜索寻找WIMP暗物质，发现间接搜索在足够亮度和低系统误差下更具优势，且可探测wino和Higgsino的热质量目标。
2023-10-11 hep-ex hep-ph
Superheavy dark matter through Higgs portal operators
WIMPzilla假说认为暗物质是一种超弱相互作用的超重粒子。传统上，WIMPzilla丰度由暴胀期间或结束时的引力粒子产生决定。在这项研究中，我们允许WIMPzilla通过希格斯门直接与标准模型场相互作用，并且我们计算了等离子体中希格斯玻色子对湮灭产生的WIMPzilla暗物质的热产生（冻结）。两个粒子物理模型参数是WIMPzilla质量和Higgs-WIMPzilla耦合。这两个宇宙学参数是再加热温度和膨胀结束时宇宙的膨胀率。我们划定的区域的参数空间，无论是重力或热生产占主导地位，在这些地区内，我们确定的参数，预测所观察到的暗物质遗迹丰度。允许热产生打开了参数空间，即使是普朗克抑制的希格斯-WIMPzilla相互作用。
2019-07-29 astro-ph.CO hep-ph
Fermion WIMPless Dark Matter at DeepCore and IceCube
我们研究了在中微子望远镜IceCube和DeepCore上间接探测费米子WIMP无暗物质的前景。在太阳中湮灭的暗物质是一个隐藏的扇形马约拉纳费米子，它通过汤川耦合耦合到一个连接粒子和一个可见的扇形粒子，并且它只通过耦合到第一代夸克与核发生自旋相关的散射。我们考虑的情况下，湮灭产物是金牛座，斯，或sneutrinos的三代。为了评估μ介子通量入射在检测器，我们传播的中微子光谱通过太阳介质和地球和帐户的影响，中微子振荡，能量损失由于中性和带电电流的相互作用，和tau再生。我们发现，对于Stau和sneutrino通道，5年3 $σ$检测暗物质轻于约300 GeV是可能的，在冰立方大汤川耦合或暗物质和连接器粒子具有类似的质量。tau通道提供了更好的检测前景。然而，由于其较低的能量阈值和更好的μ子背景抑制能力，DeepCore能够在所有湮灭通道中探测到信号，并适用于更广泛的暗物质质量。
2010-07-08 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
New Sensitivity to Solar WIMP Annihilation using Low-Energy Neutrinos
太阳通过散射捕获的暗物质粒子可能会湮灭并产生中微子，然后逃逸。目前的研究是寻找在某些末态的快速衰变中产生的少数高能中微子。我们表明，在太阳介质中的相互作用导致大量的π介子几乎所有的最终状态。正的π介子和μ介子在静止时衰变，产生具有已知光谱的低能中微子，包括通过中微子混合产生的nuebar。我们证明了Super-Kamiokande可以提供一种新的自旋相关的WIMP-质子截面的探针。与其他方法相比，灵敏度是竞争性的，不确定性是互补性的。
2013-09-05 astro-ph.HE hep-ph nucl-th
Gamma-rays From Warm WIMP Dark Matter Annihilation
弱相互作用大质量粒子（WIMP）通常作为冷暗物质的候选者，然而当它以非热的方式产生时，它的行为就像温暖的暗物质。在本文中，我们研究的$γ$射线的性质，从湮灭的WIMP暗物质在我们自己的银河系晕的高分辨率$N$体模拟的银河系暗物质晕，假设不同的性质的WIMP。由于大的自由流长度在温暖的WIMP的情况下，暗物质晕的子结构内容是显着不同的冷WIMP对应物，导致不同的预测$γ$射线信号从暗物质湮灭。我们通过比较预测的$γ$ -射线信号从温暖的WIMP湮灭的冷WIMP来说明这些。显着的差异，从subhalo的天空图和两个WIMP模型之间的统计特性进行了演示。由于暖WIMP情景下非热产生机制的潜在增强截面，银河系中心可能是间接探测暖WIMP到矮星系的优先点，这可能不同于冷暗物质情景。作为一个具体的例子，我们考虑了超对称模型中的非热产生中性伴子，并讨论了用费米$γ$射线望远镜探测温WIMP的可能性。
2012-11-09 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Decaying WIMP dark matter for AMS-02 cosmic positron excess
为了解释最近报道的AMS-02宇宙正电子过剩现象，我们考虑了热产生的暗物质（DM）衰变为标准模型（SM）轻子的情形，其衰变速率极小，为\sim 10^{-26}秒。{-1}。由于所需的DM质量相对较重（700 GeV < m_{DM} < 3000 GeV），我们引入了除最轻超对称粒子（“LSP”）之外的另一个DM分量。为了使新DM具有Meta稳定性和湮没于其它粒子，除了R宇称外，还应该有另一种Z_2对称性。由于新的Z_2对称性，新DM与SM粒子的可重整化耦合不会使新DM不稳定，而这是新DM在早期宇宙中热化所必需的。由于新的DM是热产生的，它自然可以解释宇宙目前的能量密度。在TeV尺度下新的对称性破缺后，新的DM只能通过由超重平方质量参数抑制的不可重整化算符衰变为SM轻子（和LSP）。我们在一个“规范矢量类轻子”模型中实现了这种情况，这个模型是最近为了希格斯玻色子的自然性而提出的。
2013-07-24 hep-ph
