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
Z' portal dark matter from post-inflationary reheating: WIMPs, FIMPs, and UFOs
University of Minnesota（明尼苏达大学）
本文研究了通过重$Z'$介质在后期膨胀再加热期产生暗物质的机制，发现UFO机制在特定参数范围内能有效产生冷暗物质。
2025-12-03 astro-ph.CO hep-ph
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
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
Secluded WIMPs, QED with massive photons, and the galactic center gamma-ray excess
我们提出了一个孤立的WIMP暗物质模型，该模型由中性费米子作为暗物质候选者和Proca-Wentzel（PW）场作为介质组成。在我们考虑的模型中，暗物质WIMP与标准模型（SM）粒子的相互作用仅通过~ MeV --多GeV质量粒子的PW场。相互作用通过U（1）'介体V_INF'与超荷玻色子B_μ的动力学混合耦合到SM。我们的模型与文献中其他类似模型的一个重要区别是没有额外的单重标量，因此质量为M^2_V的参数与自发对称性破缺无关。这个基于QED的模型也是可重正化的。介体的质量尺度和单重标量的缺失可以导致有趣的天体物理特征。主要的湮没通道是不同于那些通常认为在以前的工作。我们表明，银河系中心区域的GeV能量的伽马射线过剩，来自费米-LAT伽马射线太空望远镜的数据，可以归因于这种隐蔽的暗物质WIMP，给定的模型参数是一致的宇宙学暗物质密度。隐蔽的WIMP模型也与建议的DM对宇宙射线反质子通量贡献的上限相一致。
2015-10-22 astro-ph.CO astro-ph.HE 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
Leptophilic fermion WIMP ~ Role of future lepton colliders
在最小可重整化模型方案中实现了亲轻子弱相互作用大质量粒子（WIMP），其中具有轻子数的标量介质与标准模型（SM）轻子建立了WIMP相互作用.我们对SU（2）双态和单态介体的两种不同情况下的WIMP方案进行了全面的分析，考虑了目前所有相关的理论、宇宙学和实验限制。我们指出，在不久的将来轻子对撞机实验（ILC，FCC-ee，CEPC等）的单光子搜索。可以发挥重要的作用，探索尚未探索的参数范围所允许的WIMP遗物密度约束。这将补充在不久的将来强子对撞机实验（HL-LHC）的搜索前景。此外，我们讨论了组合模型的情况下，包括双重和单重介质。组合模型能够解释长期存在的μ介子（g-2）异常，这是一个额外的优势。我们表明，允许的区域异常μ介子（g-2）的解释，这已经更新了最近在费米国家加速器实验室，也可以探测在未来的对撞机，这将是一个同时认证的模型方案。
2021-08-06 hep-ph
Spin-Dependent Light Dark Matter Constraints from Mediators
针对自旋无关的暗物质散射，人们提出了一系列轻暗物质直接探测实验。为了做到详尽无遗，在WIMP窗口中研究的非标准特征，包括自旋相关的暗物质散射，也需要在光暗物质参数空间中进行研究。在这项工作中，我们促进这方面的努力，推导出间接限制子GeV自旋相关的暗物质通过地球和天体物理的限制调解这种散射的力量。
2019-05-10 astro-ph.CO hep-ph
WIMP Shadows: Phenomenology of Secluded Dark Matter in Three Minimal BSM Scenarios
Brown University（布朗大学）
本文系统研究三种最小BSM场景中的隐匿暗物质，通过热退耦到暗中介子实现遗迹丰度，给出门户耦合下限，并指出直接、间接探测信号受抑制，对撞机测试仍具敏感性。
2025-10-27 astro-ph.HE hep-ph hep-th
Connecting Dark Matter UV Complete Models to Direct Detection Rates via Effective Field Theory
直接寻找WIMP对远低于弱标度的物理很敏感。在没有光介质的情况下，只考虑标准模型场与暗物质相互作用的有效场论（EFT）方法是卓有成效的。我们考虑一个单态费米子WIMP和有效的运营商，以6维的质量尺度的粒子介导DM与SM的相互作用。我们进行了一个单循环的重整化群演化（RGE）分析，这些有效的运营商从介质的质量尺度的核尺度探测直接搜索。我们将我们的结果应用到模型DM速度抑制相互作用，DM耦合只重夸克，轻子DM和希格斯门，没有我们的分析将不会得到直接检测界限的约束。值得注意的是，一个大的参数空间区域，这些模型被发现被排除作为一个结果的自旋无关的耦合SM循环。除了这些例子，我们强调，更一般的单重态费米子WIMP重正化模型可以匹配到我们的EFT框架，和随后的模型无关的RGE可以用来计算直接检测率。我们的研究结果使我们能够正确地连接不同的能量尺度参与约束WIMP模型，并结合直接检测与其他互补搜索，如碰撞和间接检测的信息。
2015-04-18 astro-ph.CO hep-ph
Astrophysical Signatures of Secluded Dark Matter
我们分析了WIMP暗物质的隐蔽模型的间接天体物理特征，其特征在于湮灭成光兆电子伏尺度介质是亚稳态衰变成标准模型状态的弱尺度速率。这种情况下允许一个显着的增强的湮灭截面在星系晕相对于其值在冻结，特别是当介质是轻到足以进行这一过程，通过辐射捕获到一个亚稳态的“WIMP-鎓”的束缚态。对于在隐藏的U（1）'规范群下带电的MeV尺度矢量介质，增强的湮灭率主要导致相当大的过量正电子通量，即使在没有天体物理助推因子的情况下。
2008-11-17 astro-ph hep-ph
Direct detection and solar capture of spin-dependent dark matter
研究了不同自旋相关算符对弱相互作用大质量粒子直接和间接探测的影响。SD运营商的六个代表性的积木，连同他们的同行与无质量介质被认为是解释直接检测实验（氙100，SIMPLE，和COUPP）在一个全面的方式。我们还研究了太阳的捕获和湮灭的WIMP与这些有效的SD运营商和中微子探测实验Super-Kamionkande和IceCube的相关湮灭率的限制。从直接检测得出的WIMP核子耦合的上限也投射到湮灭率的对比度和互补性。我们发现，这些提到的检测策略的效率具体取决于六个SD运营商，而中微子为基础的检测是更有效地探索参数空间的无质量介质的情况。
2014-02-25 hep-ph
Top-philic dark matter within and beyond the WIMP paradigm
我们提出了一个全面的分析，通过一个彩色的t-通道介质的顶部嗜马约拉纳暗物质相互作用。尽管简单的模型-只引入三个参数-它提供了一个非常丰富的现象学，使我们能够适应文物密度的耦合强度跨越六个数量级的大范围。这个模型的特点是所有“特殊”机制的暗物质冻结，包括最近发现的转换驱动的冻结模式，有趣的签名长寿命的有色粒子在对撞机。我们约束宇宙学允许的参数空间与当前的实验限制，从直接，间接和对撞机的搜索，特别强调轻暗物质下面的最高质量。特别是，我们探讨了从氙1 T，费米-LAT和AMS-02的限制，以及从停止，单喷流和希格斯不可见的衰变搜索在大型强子对撞机的限制之间的相互作用。我们发现，几个盲点轻暗物质逃避电流的限制。在参数空间中，由转换驱动的冻结机制设定的遗迹密度的区域可以通过在LHC上用300\，fb $^{-1}$进行的R强子搜索来最终检验。
2018-04-27 astro-ph.CO hep-ph
Composite Mediators and Lorentz Violation
我们简要回顾了粒子相互作用模型的历史和现状，其中无质量介质不是由标准模型中的基本规范场给出，而是由费米子系统的复合自由度给出。这种模型通常需要打破洛伦兹不变性。我们描述的方案中，光子和引力子出现的戈德斯通玻色子从打破洛伦兹不变性，以及概括的量子霍尔效应，其中复合激发产生无质量粒子的所有整数自旋。虽然这些方案对光子（自旋1）的兴趣有限，但在引力子（自旋2）的情况下，它们为量子线性引力中长期存在的紫外问题提供了一个可能的解决方案。
2005-01-03 hep-ph hep-th
LUX likelihood and limits on spin-independent and spin-dependent WIMP couplings with LUXCalc
我们提出了LUXCalc，一个新的实用程序计算似然性和推导WIMP核子耦合限制的LUX直接搜索暗物质实验的最新结果。在简单回顾了WIMP-核子散射之后，我们在相关天体物理参数的标准假设下，推导出了在宽范围的WIMP质量上自旋相关的WIMP-核子耦合的LUX极限。我们发现，在这些和其他常见的假设下，LUX排除了整个自旋相关的参数空间符合DAMA的异常信号的暗物质解释，第一次一个单一的实验已经能够做到这一点。我们还重新审视自旋独立耦合的情况下，并证明我们的结果和公布的LUX结果之间的良好协议。最后，我们推导出一个有效的暗物质理论，其中自旋1介质相互作用的费米WIMP和标准模型费米子通过轴向矢量耦合的参数上的限制。一个详细的附录描述了使用LUXCalc与标准代码放置一般的暗物质理论的约束。
2015-05-12 astro-ph.IM hep-ph physics.data-an
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
Neutrinos and gamma rays from long-lived mediator decays in the Sun
我们研究的情况下，暗物质（DM）粒子可以被捕获和积累在太阳中，随后湮灭成一对长寿命的介质。这些介质可以在太阳或太阳之外进一步衰变。与DM粒子直接湮灭成靠近太阳核心的标准模型粒子的标准情景相比，这里我们还获得了伽马射线和带电宇宙射线的通量。我们使用一个完整的太阳三维模型模拟这种情况，并包括相互作用和中微子振荡。特别是，我们进行了一个模型独立的研究中微子和伽马射线通量之间的互补性，通过比较最近的搜索从冰立方，超级神冈，费米-LAT，ARGO和HAWC。我们发现，当介质在太阳中进一步衰变时，所产生的中微子通量在高能量下明显更高。我们还发现，伽马射线搜索比中微子搜索这些模型上的约束更强，即使在介质主要在太阳内部衰变的情况下，除了在大约内部10%的太阳中微子搜索更强大。我们提出了我们的结果在一个模型独立的方式，并发布了一个新版本的WimpSim代码，可用于模拟这种情况下的任意调解人模型。
2019-11-13 astro-ph.HE hep-ph
Dark Charge Conjugation and Complementary Constraints from $D^0$ Mixing and Rare Decays with Massless Dark Photons
School of Physics and Mechanical and Electronical Engineering, Longyan University（龙岩大学物理与机电工程学院）
该研究探究暗电荷共轭对D⁰稀有衰变的组织作用，结合D⁰混合及相关稀有衰变约束，揭示中性粲介子混合与稀有衰变在探测味改变相互作用时的互补性。
2026-08-18 hep-ex hep-ph
Analysis of the Bounds on Dark Matter Models from Monojet Searches at the LHC
我们分析了WIMP暗物质模型的约束条件，这些约束条件可以从大型强子对撞机“单喷流”截面上的上限导出。这些约束最初是在有效场论（EFT）的上下文中解释的，其中标准模型由系数为$1/Λ^2$的6维算子扩展。我们表明，结合ATLAS和CMS合作的8 TeV的数据，仅略有提高的界限。然后，我们分析这个最终状态的背景下，简化模型与$s-$通道调解人。我们表明，如果介质的衰减宽度是小的，这些简化的模型可以准确地建模的有效场论，只有当介质质量是5 TeV以上。最后，我们指出，即使EFT准确地描述了${\cal O}(Λ^{-2})$贡献的矩阵元素，$Λ$的值附近的当前界限，它收到显着的贡献，以$Λ^{-4}$，在简化模型的上下文中，这些对应于图中两个调解人交换。这一观察结果对EFT描述的内部一致性提出了挑战，因为不包括维度$-8$算子，这些算子也将有助于矩阵元素的${\cal O}(Λ^{-4})$。
2017-09-25 hep-ph
Halo Independent Direct Detection of Momentum-Dependent Dark Matter
我们表明，暗物质与原子核相互作用的动量依赖性，可以探测在直接检测实验中没有知识的暗物质速度分布。这是DM微物理学中为数不多的可以单独通过直接探测来确定的性质之一，给定暗物质的信号，在多个不同目标的直接探测实验中。由光介质交换产生的长程相互作用是动量依赖DM的一个例子。对于从交换无质量介质产生的数据，我们发现，例如，介质质量可以被约束为$\lesssim 10$ MeV的DM在20-1000 GeV的范围内，在一个halo-independent的方式。
2014-10-13 hep-ph
$Z^\prime$-mediated Majorana dark matter: suppressed direct-detection rate and complementarity of LHC searches
我们研究了在$\mathrm{SU}(2)\times \mathrm{U}(1)$不变有效理论中轴向矢量暗物质散射的直接探测率，并与LHC的结果进行了比较。目前的限制，从直接检测实验已经绑定的介质质量要很好地进入TeV的范围内的WIMP样的情况。这激发了对参数空间的一致和系统的探索，以绘制出可能抑制速率的可能区域。我们确实找到了这样的区域，并着手构建一致的UV模型，产生相关的有效理论。然后，我们讨论了相应的约束，从对撞机和直接检测实验相同的参数空间。我们发现一个基准的情况下，即使是未来的XENONNT实验，大型强子对撞机的约束将有一个更大的敏感性介质质量。
2022-08-07 hep-ph
Capture and Decay of Electroweak WIMPonium
弱相互作用大质量粒子（WIMP）暗物质的谱一般具有束缚态，当WIMP质量相对于电弱规范玻色子的质量变得足够大时。这些束缚态的存在通过索末菲增强中的共振增强了湮灭率，但它们也可以直接通过低能光子的发射产生。在这项工作中，我们计算了SU（2）三重态暗物质（wino）结合到WIMPonium中的速率-这是可能的，对于相对速度v < O（10^{-2}），通过wino质量超过5 TeV的单光子发射-并研究了这些结合态随后的衰变。我们目前的结果与应用超出了维诺的情况下，例如，暗物质居住在一个nonabelian黑暗部门;这些包括在消失的力载体质量的限制下一般暗扇区的分析捕获和跃迁速率，用于计算包含与有质量和无质量力载体的相互作用的哈密顿量的正能量和负能量本征态的有效数值例程，以及短程Hulthen势中束缚态形成的标度研究。在特定的情况下的维诺，我们发现，束缚态形成的速度被抑制相对于直接湮灭，所以只提供了一个小的修正的整体湮灭率。捕获过程和束缚态跃迁辐射出的软光子可以测量暗物质的量子数;对于类似葡萄酒的暗物质，这样的光子是罕见的，但可能被未来的地面伽马射线望远镜观测到，该望远镜结合了大有效面积和低能量阈值。
2022-09-19 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Model-independent constraints with extended dark matter EFT
我们系统地探讨了最近提出的扩展暗物质有效场论（\eDMEFT），它允许在不同的能量尺度DM方案的一致有效的描述的现象。该框架仍然适用于对撞机的能量，并能够复制正确的遗物丰度包括一个动态介质粒子的黑暗部门，同时保持规范不变性所规定的相关性在一个“模型独立”的方式。考虑到目前和未来的限制，从直接和间接检测实验，从对撞机搜索丢失的能量和标量共振矢量玻色子，双喷气，希格斯粒子对最终状态，以及从遗物丰度普朗克测量，我们确定可行的区域在参数空间中，无论是标量和赝标量介质。特别是，我们指出的地区，在直接检测横截面的取消出现导致允许的岛屿标量介质，可能会错过一个天真的简化模型的方法，但目前在充分的$D=5$有效的理论，以及一般开放的参数空间，由于一贯考虑所有运营商在一个给定的质量尺寸。因此，典型的WIMP类场景甚至可以在不同质量体系的下一代直接检测实验中幸存下来，同时可能在高光度LHC中得到检验。
2020-06-12 hep-ph
Constraining neutrinophilic mediators at FASER$ν$, FLArE and FASER$ν$2
本研究利用FASER$ν$首次观测的高能对撞机中微子，探讨了GeV尺度亲中微子媒介子的限制，发现未来FLArE和FASER$ν$2实验能施加比现有更严格的约束。
2024-12-21 hep-ex hep-ph hep-th
LHC Bounds on Interactions of Dark Matter
我们使用一个模型不敏感的有效理论框架，基于~1 fb^-1的积分亮度，从ATLAS空搜索喷流+缺失能量中推导出暗物质与夸克相互作用的极限。我们发现，新的限制从大型强子对撞机显着扩展限制以前来自CDF数据在Tevatron。翻译成直接搜索的参数空间，这些限制是特别有效的~GeV质量WIMP。我们的限制表明紧张与同位旋违反模型满足最小的味道违反，试图调和所谓的CoGeNT过量与氙-100，这表明无论是轻介体或非平凡的味道结构的黑暗部门是必要的可行的调和CoGeNT与氙。
2011-08-04 hep-ph
Constraints on Spin-Dependent Dark Matter Scattering with Long-Lived Mediators from TeV Observations of the Sun with HAWC
我们分析了太阳作为一个来源的间接检测暗物质通过寻找伽马射线从太阳盘。暗物质通过与太阳核的弹性相互作用被捕获，然后湮灭为长寿命的介质，可以产生可检测的伽马射线通量。我们从高海拔水切伦科夫天文台搜索了三年的数据，发现没有统计学意义上的TeV伽马射线从太阳发射的检测。利用这一点，我们约束自旋相关的弹性散射截面的暗物质与质子的暗物质质量超过1 TeV，假设一个不稳定的调解人具有良好的寿命。结果补充限制从费米-LAT观测太阳和一起覆盖WIMP质量之间的4 GeV和$10^6$ GeV。介质衰变为伽马射线的横截面约束可以像$\sim10^{-45}$ cm $^{-2}$一样强，这比目前1 TeV暗物质质量的直接探测实验强四个数量级以上。在更高质量下的横截面约束甚至更好，比目前100 TeV暗物质质量的直接检测约束好近7个数量级。这种敏感性的展示鼓励了根据这些强大的新约束详细开发理论模型。
2018-11-15 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
Dark matter bound state formation via emission of a charged scalar
稳定或亚稳定束缚态的形成可以显著影响暗物质（DM）的现象。虽然已知通过发射矢量捕获到束缚态是重要的，但是通过标量发射捕获遭受抵消，使得其仅在狭窄的参数空间内重要。虽然这是真实的中性标量介质，在这里，我们表明，通过发射的带电标量的束缚态的形成可以是非常重要的。为此，我们考虑DM下的黑暗$U(1)$力充电，并耦合到一个轻的复杂的标量，是在相同的规范对称性下充电。我们计算的横截面的束缚态形成通过发射的带电标量，并表明，它们可以超过那些捕获通过矢量发射，以及湮灭，数量级。这甚至适用于非常小的值的DM耦合到带电标量，并保持真实的全球对称性的限制。然后，我们计算DM热冻结，并发现捕获到亚稳态的束缚态通过发射的带电标量可以导致一个后期的显着DM耗尽。我们的结果包括库仑极限的解析表达式，并很容易推广到非阿贝尔相互作用。我们希望他们有影响的希格斯门多TeV的WIMP DM的情况下，以及具有黑暗的希格斯或（黑暗）带电的惰性标量，包括自相互作用DM模型的情况下。
2020-02-11 hep-ph
