Dark matter from WIMP to FIMP over three regimes: Cosmology versus Colliders
暗物质模型可以在粒子物理实验或宇宙学中产生特定的特征。宇宙学历史的细节也会影响新的物理信号，例如对撞机实验。在这些会议记录中，我们简要地总结了暗物质通过t通道门户弱耦合到标准模型费米子的情况，将讨论分为三个主要区域。我们还强调宇宙学和粒子物理学之间的相互作用。
2022-12-23 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
Clockworking FIMPs
我们研究冻结在暗物质生产的模型，依赖于发条机制，以抑制暗物质耦合到可见部门。我们构建可行的标量和费米子暗物质模型在这个发条FIMP的情况下，有几个微妙之处，需要考虑到在建模过程中揭示。我们还提供了解析，半解析和数值结果的对角化发条式质量矩阵，并简要讨论了相应的方案的LHC现象。
2018-10-03 hep-ph
FIMP Dark Matter in Clockwork/Linear Dilaton Extra-Dimensions
本文研究了暗物质（DM）是由弱相互作用大质量粒子（FIMP）在发条/线性膨胀（CW/LD）模型框架下与标准模型粒子引力相互作用的可能性。这里我们只限于DM粒子是标量场的情况。本文扩展了我们以前对Randall-Sundrum（RS）翘曲额外维中FIMP的研究。正如它是在RS的情况下，也在CW/LD模型中，我们发现一个显着的区域的参数空间中，所观察到的DM遗迹丰度可以再现与标量DM质量在兆电子伏范围内，与再加热温度从10 GeV到$10^{9}$ GeV。我们评论的相似之处，在这两个额外的维模型的结果。
2021-03-08 hep-ph
FIMP Dark Matter from Leptogenesis in Fast Expanding Universe
在正则I型跷跷板的框架下，引入弱相互作用大质量粒子（FIMP）$χ$作为暗物质的候选者。薄生机制和暗物质遗迹密度通过Majorana中微子$N$的衰变共享一个共同的起源。如果有一个能量密度红移为$ρ_φ\propto a^{-(4+n)}$的额外物质$φ$，哈勃膨胀率大于标准情况，即，宇宙膨胀得更快。这样一个快速膨胀的宇宙leptogenesis以及FIMP暗物质的后果进行了详细的调查。我们证明了一个显着的影响，最终的重子不对称性和暗物质丰度，由于存在的$φ$的强冲刷的情况。而对于弱洗脱情景，FEU的影响相对较小。我们引入比例因子$F_L$和$F_χ$来描述FEU的相应效应。本文还讨论了一种半解析方法来推导FEU中的效率因子$η_L$和$η_χ$。对于标准宇宙学和FEU，得到了成功的热稀薄成因和正确的FIMP DM遗迹密度的可行参数空间。我们的研究结果表明，它是可能的，以区分不同的宇宙学场景的强冲刷的情况下。
2021-04-06 hep-ph
The singlet scalar as FIMP dark matter
单重标量模型是标准模型的最小扩展，可以解释暗物质。我们指出，在这个模型中的暗物质约束不仅可以满足已经考虑的WIMP政权，但也为更小的耦合，弱相互作用大质量粒子（FIMP）政权。在它里面，暗物质粒子在早期宇宙中缓慢产生，但从来没有足够的数量达到热平衡或在它们之间湮灭。这种替代框架与WIMP方案一样简单和具有预测性，但它产生了完全不同的暗物质现象学。在回顾了FIMP模型中暗物质遗迹密度的计算之后，我们详细研究了早期宇宙中暗物质丰度的演化以及遗迹密度随模型参数的变化。我们发现了一个新的与单重态模型相容的暗物质区域，其特征是单重态质量在GeV到TeV范围内的耦合度为10^-11到10^-12。因此，预期在直接或间接检测实验中没有信号。最近的实验界限的正确解释，这个新的可行区域的相关性被强调。
2011-05-09 hep-ph
FIMP Dark Matter at the LHC
本文综述了弱相互作用大质量粒子（FIMP）作为暗物质候选者，指出其宇宙历史预示长寿命媒介粒子，并强调LHC与低能实验在搜寻中的互补作用。
2023-12-20 hep-ex hep-ph
Right Handed Neutrinos, TeV Scale BSM Neutral Higgs and FIMP Dark Matter in EFT Framework
考虑了一个有效场论框架，其中包含三个标准模型（SM）规范单重态右手中微子和一个附加的SM规范单重态标量场。该框架通过跷跷板机制成功地产生了eV质量的轻中微子，并容纳了弱相互作用大质量粒子（FIMP）作为暗物质候选者。其中两个规范单态中微子参与中微子质量生成，而第三个规范单态中微子是FIMP暗物质。我们探讨了规范单重标量场的$\textit{vev}$与暗物质的质量之间的相关性，其中规范单重标量场的$\textit{vev}$转化为BSM Higgs的质量，而暗物质的质量是由于残余密度约束而产生的。我们进一步探讨了在这个设置中的轻中微子质量的约束。在TeV尺度下，我们选择了规范单态BSM希格斯粒子。我们进行了详细的对撞机分析，分析发现的TeV规模的BSM希格斯通过其di-fatjet签名的前景，在未来的$pp$对撞机，可以与$\sqrt{s}=100$ TeV厘米能量。
2021-04-09 hep-ph
Correlating Gravitational Waves with $W$-boson Mass, FIMP Dark Matter, and Majorana Seesaw Mechanism
通过引入三个右手中微子和一个新的暗生标量二重态，我们研究了标准模型的一个最小扩展，其中中性和带电组分之间的质量分裂是CDF合作新测量的$W$ -玻色子质量的原因.该模型不仅可以通过右手中微子与暗生标量的相互作用产生不为零的Majorana中微子质量，而且可以解释宇宙中以FIMP暗物质形式存在的缺失物质.我们还研究了质量分裂对一级电弱相变的影响，发现质量分裂可以进一步增强一级电弱相变的强度，从而在相变过程中诱发引力波，这可能被未来的探测器如U-DECIGO探测到.
2022-06-23 hep-ph
Two-component WIMP $-$ FIMP dark matter
本文提出一个同时包含矢量 WIMP 和费米子 FIMP 的双组分暗物质模型，以解释中微子质量与暗物质丰度，并研究其产生机制、实验约束、一阶相变引力波信号及电弱重子生成的可能性。
2023-09-21 hep-ph
FIMP dark matter in the scotogenic model at low-reheating temperatures
Institución Universitaria ITM（ITM大学）；Universidad de Antioquia UdeA（安蒂奥基亚大学）；Universidade Federal do Rio Grande do Norte（北里奥格兰德联邦大学）；Millennium Institute for Subatomic Physics at High-Energy Frontier (SAPHIR)（高能前沿子物理千年研究所（SAPHIR））；Universidad de La Serena（拉塞雷纳大学）
本文研究低再加热温度下Scotogenic模型中通过冻结机制产生的单态费米子暗物质，发现低再加热情景可重塑可行参数空间，在满足轻子味破坏和宇宙学约束下提升模型可测性。
2026-09-21 hep-ph
Minimal Seesaw extension for Neutrino Mass and Mixing, Leptogenesis and Dark Matter: FIMPzillas through the Right-Handed Neutrino Portal
我们提出了一个最小的跷跷板扩展，同时考虑到现实的中微子质量和混合，重子不对称的宇宙通过leptogenesis和一个可行的暗物质遗迹密度，其中两个右手中微子耦合到一个黑暗的狄拉克费米子和复杂的标量场，都负责下的全球$U(1)_D$对称性。作为一个具体的例子，我们考虑的小跷跷板模型，它描述中微子质量和混合，并占leptogenesis，从而固定中微子汤川耦合和右手中微子质量。通过考虑暗物质的冻结产生机制，我们探讨了右旋中微子入口耦合和暗粒子质量的参数空间，这些参数空间给出了正确的暗物质遗迹丰度，重点讨论了超重狄拉克费米子暗物质粒子的情况，其质量约为$10^{10}$ GeV.这样的FIMPzilla可以提供一个成功的解释暗物质遗迹丰度，其生产依赖于中微子汤川耦合在大部分的参数空间，这取决于假设的暗粒子质量，和再加热温度。
2020-03-12 hep-ph
The Dark Side of the Littlest Seesaw: freeze-in, the two right-handed neutrino portal and leptogenesis-friendly fimpzillas
我们提出了一个极小模型，通过I型跷跷板机制和可行的暗物质遗迹密度，同时考虑到一个现实的中微子光谱。该模型是Littlest Seesaw模型的一个扩展，其中两个右手中微子通过右手中微子门耦合耦合到一个$Z_2$奇暗扇区。在这个模型中，通过考虑暗物质的冻结产生机制，实现了暗物质和中微子物理之间的高度约束和直接的联系。我们发现，中微子汤川耦合描述中微子质量和混合也可能发挥主导作用的暗物质生产。我们研究了模型参数空间中允许的区域，这些区域提供了正确的中微子质量和混合，同时给出了正确的暗物质遗迹丰度。在某些情况下，右手中微子的质量可以是任意大的，例如在香草稀薄生成所需的$10^{10}-10^{11}$ GeV范围内，成功的遗迹密度来自于质量在这个尺度附近的冻结暗物质粒子，我们称之为“fimpzillas”。
2018-09-17 hep-ph
Lower Mass Bounds on FIMP Dark Matter Produced via Freeze-In
弱相互作用大质量粒子（FIMPs）是暗物质的候选者，在早期宇宙中从未热化，其产生是通过热浴粒子的衰变和/或散射发生的。如果FIMPs与热浴的相互作用是可重正化的（称为冻结的情况），则生产在浴颗粒质量周围的温度下最有效，并且在高温下对未知物理不敏感。工作在一个模型独立的方式，我们考虑三种不同的生产机制：两体衰变，三体衰变，和二元碰撞。我们计算了FIMP的相空间分布和物质功率谱，并研究了小尺度下宇宙结构的抑制。我们的结果是较低的界限上的FIMP质量。最后，我们研究如何在FIMPs提供次主导暗物质成分的情况下放宽这些限制。
2021-10-14 astro-ph.CO hep-ph
Majorons Revisited: light dark matter as FIMP
本研究提出Majoron可作为keV-GeV质量范围的freeze-in型暗物质候选者，在含两个单态右手中微子与单态标量的标准模型最简扩展框架下，其由右手中微子湮灭产生，揭示了中微子物理与暗物质的关联。
2023-10-10 hep-ph
Gravitational Wave Emissions from First Order Phase Transitions with Two Component FIMP Dark Matter
本文研究了一阶强电弱相变中的引力波辐射。为此，我们在弱相互作用大质量粒子（FIMP）假设下研究了一个暗物质模型。在该模型中，暗物质粒子是在早期宇宙中通过“冻结”机制产生的，由于它们之间的耦合非常小，它们无法与宇宙的热等离子体达到热平衡和化学平衡。在这种情况下，我们扩展了粒子物理标准模型的标量扇区的两个额外的标量单态的稳定性是由一个完整的离散$Z_2 \times Z'_2$对称性保护，并假定他们没有开发后自发对称性破缺VEV。我们在这个模型的框架内研究了一级相变。我们已经做了分析和数值计算来计算由此产生的GW，然后这种GW的可探测性进行了研究，在未来的空间探测器，如LISA，BBO，ALIA，DECIGO，aLIGO和aLIGO+等，我们还发现，暗物质自耦合有相当大的影响GW生产在目前的情况下。
2020-03-23 hep-ph
Dark matter production accompanied by gravitational wave signals during cosmological phase transitions
本研究在含两个Z₂奇标量场的Z₂模型中探究弱相互作用大质量暗物质粒子的温度依赖产生，明确三种主导产生机制，发现考虑热历史下的相变会带来独特演化轨迹，且伴随可被未来干涉仪探测的引力波信号。
2024-07-12 hep-ph
FIMP realization of the scotogenic model
暗生模型是超越标准模型的最简单的物理学场景之一，可以在TeV尺度上解释中微子质量和暗物质。它包含另一个标量二重态和三个额外的单重态费米子（N_i），在Z_2对称性下都是奇数。在本文中，我们研究的可能性，暗物质候选人，N_1，没有达到热平衡，在早期宇宙，使它的行为作为一个弱相互作用的大质量粒子（FIMP）。在这种情况下，我们发现暗物质的冻结产生完全由奇标量的衰变决定。我们计算得到的暗物质丰度，并研究其依赖模型的参数。冻结机制被证明是能够占所观察到的遗物密度在很宽的范围内的暗物质质量，从千电子伏的TeV规模。除了冻结外，N_1遗迹密度还受到次轻奇粒子晚期衰变的进一步贡献，我们也分析了这种贡献。最后，我们考虑的可能性，暗物质粒子是一个WIMP，但收到额外的贡献，其遗迹密度从FIMP（N_1）的衰变。在这种情况下，通常预期直接和间接检测实验中的重要信号。
2014-05-16 hep-ph
FIMP DM in the Extended Hyperchargeless Higgs Triplet Model
我们在扩展的超荷（$Y=0$）希格斯三重态模型中对弱相互作用大质量粒子（FIMP）暗物质候选者进行了独家研究。额外的$Z_2$奇中性费米子单线态在另外两个矢量状费米子双线态的支持下扮演着暗物质的角色。单重态费米子和双重态费米子的混合通过冻结机制控制了当前残留物的密度，而额外的双重态费米子有助于获得中微子质量和混合角。我们得到了一个广泛的区域的参数空间，满足当前遗迹密度和中微子质量和混合角。
2021-11-27 hep-ph
Mixed WIMP-FIMP scenario in a two-component dark matter model
该研究在双组分暗物质模型中探讨混合WIMP-FIMP机制，通过随机扫描分析两种候选者（标量S和费米子χ）的可行参数空间，发现不同质量区域受直接探测约束，并给出耦合条件。
2025-10-10 hep-ph
A minimal model of fermion FIMP dark matter
本文提出一个仅含五个自由参数的最小模型，通过Z_4对称性下的费米子FIMP和单态标量实现冻结产生机制，数值研究表明该模型在广泛的耦合与质量范围内能解释暗物质遗迹密度。
2023-08-09 hep-ph
Models of decaying FIMP Dark Matter: potential links with the Neutrino Sector
暗物质（DM）粒子的绝对稳定性不是一个约束性要求。在这里，我们提出了一些方案，DM粒子容易通过非常微弱的相互作用衰变。在最简单的电路中，这可以通过令人费解的小汤川耦合来实现。在建立了这样一个模型之后，我们超越了它，从而踏入了一些规范的$U(1)$对称性的自发击穿可能导致中间尺度的场景，并适当地抑制了允许DM粒子缓慢衰变的有效算子。在每种情况下，粒子物理学和宇宙学的约束都被考虑在内。最后一个也是更复杂的情况，详细研究，建议之间的联系模型参数，管理中微子物理学的一方，和一个准稳定的DM粒子的动力学的另一方。
2020-08-28 hep-ph
A Minimal Model For Two-Component FIMP Dark Matter: A Basic Search
在暗物质现象学的多分量配置中，我们提出了一个最小的两分量配置，它是标准模型的扩展，只有三个新的领域;一个标量和一个费米子通过希格斯门与热汤相互作用，由另一个标量介导的方式，暗物质候选者的稳定性同时由一个明确的$Z_2$对称性。针对最常见的冻结框架，我们寻找暗物质粒子签名冻结的情况下，通过评估的遗迹密度和检测信号。该模型的一个简单的显着特点是缺乏暗物质转换，所以暗物质成分单独作用，模型可以完全适应单重标量和单重费米子模型，分别。我们发现暗物质自相互作用是探测这种微弱模型的最有前途的方法。虽然标量分量满足这一约束，但费米子分量甚至在共振区也拒绝这一约束。
2018-06-02 hep-ph
Interplay between neutrino and gravity portals for FIMP dark matter
在经典的I型跷跷板机制中，非常重的右手（RH）中微子通过RH中微子入口耦合到弱相互作用大质量粒子（FIMP）暗扇区来解释暗物质。然而，对于大质量的RH中微子，引力可以发挥重要作用。我们研究了在早期宇宙中产生暗物质粒子的过程中，通过右手中微子的中微子入口和通过无质量自旋2引力子的引力入口之间的相互作用。作为一个具体的例子，我们考虑了最小的和现实的小跷跷板模型与两个RH中微子，增加了一个暗标量和一个暗费米子下的全球$U(1)_D$暗对称充电。在该模型中，通常的跷跷板中微子Yukawa耦合和右手中微子的质量（最轻的是约$5\times 10^{10}$ GeV）是固定的中微子振荡数据和leptogenesis。因此，我们探索的参数空间的两个RH中微子门户耦合，两个暗粒子的质量和再加热温度的宇宙，正确的暗物质遗迹丰度是通过冻结机制实现的。特别是，我们强调哪一类过程占主导地位的暗物质生产。我们发现，尽管存在的重力门户，暗物质生产依赖于通常的跷跷板中微子汤川耦合在某些地区的参数空间，从而实现了直接联系暗物质和中微子现象。最后，我们报告的阈值的中微子门户网站耦合低于中微子门户网站是无关紧要的和普朗克相互作用的暗物质范例被保存。
2021-01-20 hep-ph
Probing the scotogenic FIMP at the LHC
我们分析了在大型强子对撞机（LHC）的暗生模型的签名，当最轻的Z2奇粒子是一个单态费米子和弱相互作用的大质量粒子（FIMP）。我们进一步假设单态费米子构成了暗物质，并且它是在早期宇宙中通过冻结机制产生的。重现观测到的暗物质丰度所需的小耦合转化为次轻的Z2奇粒子的衰变长度，这可能是宏观的，可能导致大型强子对撞机的壮观签名。我们根据Z2-奇粒子的谱来表征模型的可能信号，并且对于每种情况，我们从当前搜索中得出模型参数的界限。
2017-03-10 hep-ph
Probing feebly interacting dark matter with monojet searches
本文提出利用LHC单喷注与大缺失能量事件搜寻，探测通过Z'门户模型由胶子湮灭产生的弱相互作用大质量粒子（FIMPs），发现LHC Run 3有望发现MeV-TeV质量范围内的暗物质新物理。
2023-04-06 hep-ph
Two-step strongly first-order electroweak phase transition modified FIMP dark matter, gravitational wave signals, and the neutrino mass
考虑到宇宙的电弱相变历史，我们研究了暗物质的动态冻结产生。粒子的热质量随温度的变化可以改变产生暗物质的衰变和散射过程的运动学阈值，这可能导致暗物质遗迹丰度的增加或减少。在对撞机和引力波探测器上可以探测到由隐标量触发的第二阶段强一阶电弱相变。在暗生模型中，用狄拉克中微子质量解释了两步SFOEWPT修正的晚衰变FIMP暗物质。
2019-02-20 astro-ph.CO hep-ph
Kaluza-Klein FIMP Dark Matter in Warped Extra-Dimensions
我们研究的情况下，暗物质（DM）是由弱相互作用的大质量粒子（FIMP）相互作用的引力与标准模型粒子在额外的维兰德尔Sundrum的情况下，第一次。我们假设暗物质和标准模型都局域在IR膜中，并且只通过引力介质，即引力子，卡鲁扎-克莱因引力子和Radion相互作用。我们发现，在早期宇宙中，DM可以通过两个主要过程产生：直接冻结和顺序冻结。所观察到的DM遗迹丰度产生的区域在很大程度上与宇宙学和对撞机边界兼容。
2020-09-01 astro-ph.CO hep-ph
Axion and FIMP Dark Matter in a $U(1)$ extension of the Standard Model
在标准模型中，缺少一个暗物质候选者，但将模型扩大到包括一个或多个合适的粒子是相对简单的。在本文中，我们考虑了这样一个扩展，灵感来自简单和解决不仅仅是暗物质问题的目标。事实上，我们认为本地$U(1) $扩展的SM提供了一个轴子粒子来解决强CP问题，并包括RH中微子与适当的质量条款。后者之一是从SM轻子解耦，可以构成稳定的不育中微子DM。在这种情况下，PQ对称性只是作为一个偶然的对称性出现，但它的破坏高阶运营商被充分抑制，以避免引入一个大的$ θ$的贡献。轴子衰变常数和RH中微子质量与相同的v.e.v.s和PQ标度有关，两个DM密度由轴子和标量扇区的参数决定。该模型预测在一般的混合暗物质方案与轴子和不育中微子DM，其特点是减少密度和观测信号从每个单一的组件。
2022-05-20 hep-ph
Two component WIMP-FImP dark matter model with singlet fermion, scalar and pseudo scalar
我们研究了一个含有费米子和标量的双组分暗物质模型。在这种情况下，标准模型（SM）是由费米子，标量和一个额外的赝标量扩展。假设费米子分量具有整体${\rm U(1)}_{\rm DM}$，并通过Yukawa相互作用与赝标量相互作用，而另一个分量--标量则具有$\mathbb{Z}_2$对称性。这确保了两种暗物质成分的稳定性。尽管本模型的拉格朗日量是CP守恒的，但当伪标量获得真空期望值（VEV）时，CP对称性自发破缺。在本模型中的暗物质的标量分量也发展了一个VEV自发破缺的$\mathbb{Z}_2$对称性。因此，暗扇区和SM扇区的各种相互作用是通过SM类希格斯玻色子玻色子、赝标量类希格斯玻色子和单重标量玻色子的混合进行的。我们发现，银河系中心观测到的γ射线过剩、碰撞星系团中暗物质的自相互作用以及英仙座、仙女座等天体的3.55 keV X射线线都可以用我们提出的两组分暗物质模型同时解释。
2016-12-27 hep-ph
Freeze-In Production of FIMP Dark Matter
我们提出了另一种可计算的暗物质成因机制，“热冻结”，涉及一个弱相互作用大质量粒子（FIMP）与热浴的相互作用如此微弱，它永远不会达到热平衡。与传统的“热冻结”产生机制一样，遗迹丰度反映了初始热分布与粒子质量和耦合的组合，这些都可以在实验室或天体物理学中测量。冷冻产率是由接近FIMP质量的低温主导的IR，并且独立于未知的UV物理，例如膨胀后的再加热温度。弦论紧化的模和模子从弱尺度超对称破缺中获得质量，提供了冻结机制的实现，就像使用狄拉克中微子质量或大统一体尺度抑制相互作用的模型一样。冻结和FIMPs的实验信号可能是壮观的，包括在LHC中产生新的亚稳态有色或带电粒子以及大爆炸核合成的改变。
2009-12-08 astro-ph.CO hep-ph
A $Z_4$ symmetric inverse seesaw model for neutrino masses and FIMP dark matter
提出一种具有自发破缺$Z_4$对称性的逆跷跷板模型，通过新增中微子、费米子和标量同时解释中微子质量与FIMP暗物质冻结产生，并匹配振荡参数和暗物质残余密度。
2025-09-28 hep-ph
Electroweak Symmetry Breaking and WIMP-FIMP Dark Matter
电弱对称性破缺（EWSB）被认为会产生我们所生活的巨大宇宙。然而，它也可能提供了一个重要的边界冻结或冻结的暗物质（DM）连接到标准模型通过希格斯门的过程中，有助于DM遗迹不同的边界。我们探索这样的可能性，在一个两个组件DM框架，其中一个大规模的$U(1)_X$规范玻色子DM冻结和标量单DM冻结，这继承了EWSB的影响，在相关的方式为这两种情况下。在不同的可能性中，我们研究了两种示例情况;第一种情况是当一种DM组分冻入而另一种组分从热浴中冻出时，这两种情况都必然是$before$ EWSB;第二种情况是当冻入和冻出都发生时，这两种情况都是$after$ EWSB。我们发现这两种情况下，在解决遗物密度和最近最直接的搜索约束从XENON 1 T，其中一些可以借用模型独立的方式后，在可用的参数空间的模型中的一些突出的独特功能。
2022-07-18 hep-ph
FIMPzilla dark matter and conformal sectors
本研究提出一种源于复合性等级问题最小扩展的超重弱耦合基本标量暗物质候选者FIMPzilla，其质量在10^10-10^18 GeV间可构成全部暗物质，遗迹丰度由与CFT耦合的冻结机制产生，约束来自张量标量比并展望了探测前景。
2023-11-10 hep-ph
Neutrino Portal to FIMP Dark Matter with an Early Matter Era
我们研究了弱相互作用大质量粒子（FIMP）候选暗物质通过中微子入口的冻结产生。我们考虑一个隐藏的部门组成的费米子和一个复杂的标量，与最轻的一个被视为FIMP候选人。我们实施的I型跷跷板机制产生的质量的标准模型（SM）中微子和考虑三个重中微子，负责调解之间的相互作用的隐藏和SM部门。我们假设在暴胀和大爆炸核合成之间的一段时间内发生了早期物质主导时代（EMDE），使宇宙膨胀得比标准辐射主导时代更快。在这种情况下，隐藏和SM扇区很容易解耦，并且从遗迹密度约束需要FIMPs和SM粒子之间的更大耦合。在这种情况下，我们讨论了整个修改后的宇宙历史的暗物质的动力学，评估模型的相关约束，并讨论了EMDE的持续时间的暗物质生产的后果。最后，我们表明，如果重中微子是不是热浴的一部分，这种情况下成为可测试的，通过间接检测搜索。
2020-03-20 astro-ph.CO hep-ph
A two-component vector WIMP -- fermion FIMP dark matter model with an extended seesaw mechanism
我们考虑标准模型的一个扩展，它解释了中微子的质量，并具有丰富的暗物质现象学。该模型有两个暗物质候选者，一个矢量WIMP和费米子FIMP，其残余密度之和与总暗物质丰度相匹配。我们广泛地研究了暗物质的产生机制及其与中微子部门的联系，以及目前和未来实验的各种限制。模型中的额外标量场可能在早期宇宙中引起一级相变。我们研究了与一级相变有关的随机引力波的产生。我们表明，相变可以是强的，因此该模型可能满足一个成功的电弱重子生成的必要条件之一。本文还讨论了与相变有关的引力波的可探测性.
2022-12-28 astro-ph.CO hep-ph
Feebly-interacting dark matter
该研究简要回顾了弱相互作用粒子（FIMPs）作为暗物质候选者的场景，涵盖其早期宇宙产生问题及在多领域的信号，为暗物质研究提供相关理论参考。
2023-09-01 hep-ph
The Dawn of FIMP Dark Matter: A Review of Models and Constraints
我们提出了一个概述的情况下，所观察到的暗物质（DM）的丰度由弱相互作用的大质量粒子（FIMPs），产生非热的所谓的冻结机制。与通常的冻结情况相反，冻结的FIMP DM与可见光区的粒子相互作用非常弱，并且从未与早期宇宙中的重子光子流体达到热平衡。而不是由它的湮灭强度决定，DM丰度取决于与重子-光子流体平衡的粒子的衰变和湮灭强度，以及DM扇区中的耦合。这使得冷冻DM非常困难，但并非不可能进行测试。在这篇综述中，我们提出的冻结机制和它的变化考虑在文献中（暗冻结出和再湮灭），比较它们的标准DM冻结出的情况下，讨论了几个方面的模型建设，并特别注意这种弱相互作用DM的观测特性和一般的可测性。
2017-09-11 astro-ph.CO hep-ph
Dynamics of the pseudo-FIMP in presence of a thermal Dark Matter
本文提出伪FIMP（pFIMP）概念，证明与热暗物质有可观相互作用的微弱耦合暗物质可被带入热平衡，并通过耦合玻尔兹曼方程和具体模型阐明其独特冻结机制。
2023-12-04 hep-ph hep-th
WIMP-FIMP option and neutrino masses via a novel anomaly-free B-L symmetry
提出一种无反常的 $U(1)_{B-L}$ 模型，通过标量真空期望值层级区分 WIMP 和 FIMP 暗物质，实现两者共存并规避探测限制，同时探讨了 Majorana 中微子质量的高维算符。
2025-03-04 hep-ph
Non-Abelian Vector Boson as FIMP Dark Matter
在这个分析中，我们证明了冻结实现的非阿贝尔矢量玻色子暗物质（DM）。我们选择阐述一个现有的$SU(2)_N$扩展（$N$代表中性）的标准模型（SM）与额外的$U(1)=S^{'}$全球对称性，稳定的矢量玻色子（$X,\bar{X}$）DM通过完整的$S=T_{3N}+S^{'}$和最轻的奇数$S$粒子。分析表明，即使在与热浴平衡的$ζ_1^{0,\pm}$冻出之后，来自较重标量双重态$ζ_1^{0,\pm} \to ζ_2^{0,\pm}X$的衰变对DM的冻入产生的贡献也是重要的。此外，中性成分的$SU(2)_N$标量三重态（$Δ$），负责中微子质量的产生在这个框架中，原来作为额外的DM模型，并提供了一个多组分冻结DM设置探索。通过对CMB、BBN和AMS-02界的约束估计，得到了允许的参数空间。这项工作很好地补充了冻结实现（$X,\bar{X}$）作为弱相互作用的大质量粒子（WIMP），并区分它通过稳定的电荷轨道签名在对撞机相比，轻子信号过剩，在WIMP的情况下发现。
2020-01-21 hep-ph
Leptogenesis and Dark Matter from Low Scale Seesaw
本文详细分析了低尺度跷跷板中的薄生和暗物质。在$ν$ 2HDM的框架下，我们进一步引入了一个标量单态$ϕ$和一个狄拉克费米子单态$χ$，它们都是在$Z_2$对称下带电的。假设$χ$的耦合非常小，它就像一种FIMP暗物质。重右手中微子$N$为微小的中微子质量（通过跷跷板机制）、稀薄生成（通过$N\to \ell_L Φ_ν^*,\bar{\ell}_L Φ_ν$）和暗物质（通过$N\to χϕ$）提供了一个共同的起源。在右手中微子质量分级的情况下，显式计算表明，即使对于具有$0.4 \lesssim v_ν\lesssim1$ GeV和最轻中微子质量$m_1\lesssim 10^{-11}$ eV的TeV尺度的$N_1$，成功的热稀薄生成也是可行的.在这种情况下，轻的FIMP暗物质在keV到MeV的范围内是自然预期的。本文还得到了中微子质量、自然轻中子生成和FIMPDM的公共参数空间。
2020-01-13 hep-ph
Searching for feebly interacting dark matter at colliders and beam-dump experiments
尽管暗物质存在的证据令人信服，但它的确切性质仍然是现代物理学中的主要开放问题之一。对于最受欢迎的暗物质候选者之一--弱相互作用大质量粒子（WIMP），人们已经进行了大量的实验研究，但是还没有任何结论性的探测。因此，这些搜索对WIMP范式有很强的约束。因此，社会开始考虑能够避开强大的实验限制的替代品。这样的候选人，已经获得了很多的关注，在最近几年是弱相互作用的大质量粒子或FIMP。与WIMP不同，FIMP具有非常弱的相互作用。因此，它不能达到需要通过冻结产生的平衡状态。尽管有这些微弱的相互作用，仍然有各种各样的机制能够在我们的宇宙中产生观测到的暗物质。在这项工作中，选择这些机制，如冻结或转换驱动的冻结，进行了详细讨论。由于这些FIMPs与标准模型粒子的相互作用非常微弱，因此难以通过常规的直接和间接检测搜索来探测这些粒子。相比之下，微弱的耦合产生与DM耦合的长寿命粒子，因此这可以是FIMPs的确凿证据。因此，本论文将集中在寻找长寿命的粒子，无论是在强子对撞机和束流转储实验。为了做到这一点，FIMP模型的分类已经提出了本博士学位的背景下，其中潜在的生产机制，以确定一个可行的参数空间。在这个框架内，现有的和潜在的未来的搜索长寿命粒子进行了讨论，并适用于一个子集的建议的分类。
2022-12-19 hep-ph
Explaining Xenon-1T signal with FIMP dark matter and neutrino mass in a $U(1)_{X}$ extension
在目前的工作中，我们已经扩展了标准模型的阿贝尔$U(1)_{X}$规范群和额外的粒子。特别地，我们扩展了三个右手中微子，两个单重标量和两个矢量轻子的粒子内容。不同规范群下的荷电分配使得模型无规范异常，且各代间的异常贡献相互抵消。一旦对称性被打破，就会产生三个物理希格斯粒子，一个类轴子粒子（ALP），也可以作为keV尺度的FIMP暗物质，产生，其余的成分被额外的规范玻色子吸收。首先，我们成功地用正则系族的I型跷跷板机制产生了中微子质量，其中$3σ$束缚在振荡参数上。本模型中的ALP可以通过与电子的耦合解释keV量级的Xe-1 T电子反冲信号，同时还存在矢量轻子，它通过冻结机制帮助产生衰变的暗物质。在普朗克尺度下，电子和τ子从五维算符得到质量，如果我们考虑vevs $v_{1,2} \simeq 10^{12}$ GeV，那么我们可以得到电子质量的正确值，但不能得到τ子质量。矢量类轻子有助于通过另一个高维算子得到正确的τ子质量值，该算子也在$2 \rightarrow 2$过程产生DM中起作用，给出宇宙合适的再热温度的遗迹密度的正确近似值。我们已经表明，ALP生产的高维运营商可以解释电子，τ子质量和氙-1T信号同时，而衰变生产不能解释所有这些在一起。
2020-07-25 hep-ph
Two component FIMP DM in a $U(1)_{B-L}$ extension of the SM
在这项工作中，我们讨论了两个组件的费米子FIMP暗物质（DM）在一个流行的$B-L$扩展的标准模型（SM）与反跷跷板机制。由于引入的$\mathbb{Z}_{2}$离散对称性，keV SM规范单重态费米子是稳定的，可以是一个温暖的DM候选者。此外，这种$\mathbb{Z}_{2}$对称性有助于最轻的右手中微子（质量为GeV）成为长寿或稳定的粒子，因为它选择了一个非常小的汤川耦合。首先，在没有GeV DM组件的情况下（即，不调整其相应的汤川耦合），我们认为只有keV DM作为一个单一的组件DM产生的冻结机制。其次，我们研究了两个组件的FIMP DM方案，并强调，正确的棒球场DM残留密度界可以实现一个广泛的参数空间。
2020-10-14 hep-ph
View FImP Miracle (by Scale Invariance) $\acute{\rm a}$ $\rm la$ Self-interaction
将弱相互作用大质量粒子（FIMP）暗物质（DM）与尺度不变性（SI）结合起来，导致极轻的FIMP（因此FImP）与FImP奇迹，即，FImP DM的质量和残余世代具有相同的动力学。在本文中，我们表明，由于FImP的亮度，它，特别是对于标量FImP，可以很容易地容纳大DM自相互作用。对于费米子FImP，如无菌中微子，自相互作用还需要一个介体，它是另一个FImP，一个质量比FImP DM轻或重得多的标量玻色子。DM自我交互为观察FImP（奇迹）打开了一个新的窗口，它不会在传统的DM搜索中留下痕迹。作为一个例子，FImP可以解释最近在星系团Abel 3827中观测到的DM晕质心与星系恒星之间的偏移。
2015-08-02 astro-ph.CO hep-ph
Probing the Scotogenic Dirac Model with FIMP Dark Matter and $ΔN_{\rm eff}$
本研究探究Scotogenic Dirac模型的FIMP实现方案，以最轻中性费米子为暗物质候选，分析其暗物质遗迹密度与$ΔN_{\rm eff}$影响，通过参数扫描确定了满足多类物理约束的可行参数空间。
2025-10-29 hep-ph
From WIMPs to FIMPs: Impact of Early Matter Domination
本文重新审视早期物质主导（EMD）时代对暗物质起源的影响，发现EMD改变了WIMP和FIMP范式所需的耦合大小，以单标量暗物质模型为例证明两者可连续过渡，从而拓宽了参数空间并提升了未来实验探测FIMP的可能性。
2024-08-16 hep-ph
Neutrino Mass, Leptogenesis and FIMP Dark Matter in a ${\rm U}(1)_{\rm B-L}$ Model
标准模型（SM）不足以解释微小中微子质量的起源，暗物质（DM）遗迹丰度以及宇宙的重子不对称性。在这项工作中，以解决所有这三个难题，我们扩展了SM的本地U $(1)_{\rm B-L}$规范对称性，三个右手（RH）中微子的规范异常和两个复杂的标量具有非零U $(1)_{\rm B-L}$费用的取消。所有新加入的粒子在U $(1)_{\rm B-L}$对称性被其中一个标量场$ϕ_H$的真空期望值（VEV）破缺后变成有质量的。不具有任何VEV的另一标量场$ϕ_{DM}$自动变得稳定并且可以是可行的DM候选。中微子质量的产生采用I型跷跷板机制，而所需的轻子不对称性再现所观察到的重子不对称性，可以得到从CP破坏的平衡衰变的RH中微子在TeV尺度。更重要的是，在这个框架内，我们已经详细研究了生产DM通过冻结机制考虑所有可能的湮灭和衰变过程。最后，我们发现了一种情况，即DM主要是由RH中微子的湮灭产生的，而RH中微子同时也是中微子质量产生和轻生的原因。
2017-12-18 hep-ph
Constraining FIMP from the structure formation of the Universe: analytic mapping from $m_{\mathrm{WDM}}$
相对于弱相互作用大质量粒子，弱相互作用大质量粒子是一种有趣的暗物质候选者。光（keV尺度）FIMP DM特别令人感兴趣：它的辐射衰减在X射线光谱中留下了线信号;它是温暖的暗物质（WDM），并改变了宇宙的银河系尺度结构形成与WIMP DM。一旦报告了可能的X射线线（例如，$3.5 \,\mathrm{keV}$线和$7 \,\mathrm{keV}$ FIMPDM推断），必须检查该FIMPDM是否与结构形成相容。这里有一个问题：对WDM的结构形成约束通常以所谓的热WDM质量$m_{\mathrm{WDM}}$来报告，其不能直接应用于FIMP参数。在本文中，我们介绍了一个基准的FIMP模型，代表了广泛的一类FIMP模型。该基准的一大优点是，我们可以推导出由冷冻过程产生的FIMPs的非热相空间分布的解析公式。通过进一步导出某个“温暖度”量，我们可以解析地将$m_{\mathrm{WDM}}$映射到FIMP参数。我们的分析图表明，$7 \,\mathrm{keV}$ FIMP DM，没有熵产生或退化的光谱，是在紧张局势与最新的莱曼- $α$森林数据。我们的分析地图将是非常有用的观测约束和报告的X射线线的未来更新。它也是非常容易将我们的解析公式纳入玻尔兹曼求解器，使线性物质功率谱是容易获得的。我们的基准模型将促进FIMP搜索和粒子物理模型的建立。
2019-07-10 astro-ph.CO 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
From Dirac Neutrino Mass to Dark Radiation: An $A_4$-Symmetric FIMP Dark Matter Framework
Salbari College（萨尔巴里学院）；Nabajyoti College（纳巴乔蒂学院）；Bhattadev University（巴塔德夫大学）
该研究提出基于$A_4$对称的统一框架，通过扩展粒子物理模型，结合 feeble 相互作用同时解决狄拉克中微子质量产生与 FIMP 暗物质问题，数值验证其符合中微子振荡数据，可重现观测到的暗物质遗迹丰度，还能贡献暗辐射。
2026-10-14 hep-ph
FIMP Dark Matter from Flavon Portals
本文基于Froggatt-Nielsen机制和$U(1)_{\ m FN}$对称性，提出由flavon场介导的Majorana费米子FIMP暗物质模型，通过半整数荷实现自然稳定化，并求解Boltzmann方程确定了符合遗迹丰度的质量参数空间。
2023-07-03 hep-ph
Pseudo-FIMP dark matter in presence of a SIMP
本文研究在SIMP存在下pFIMP暗物质的可行性与动力学，通过求解耦合玻尔兹曼方程进行模型无关分析，并给出双标量模型及参数空间约束，指出pFIMP可经热DM圈间接探测。
2024-11-22 hep-ph hep-th
