Non-standard cosmological histories with epochs of early matter domination (EMD) arise in various top-down models of the early universe. Typically, in the latter stage of EMD, temperature decreases more slowly than in a radiation dominated universe because of entropy generation from decay of the species that drives EMD. A time-dependent decay rate can significantly modify this picture and even lead to a period with increasing temperature. We study non-monotonic temperature evolution in a well-motivated scenario of EMD with a time-dependent decay rate that can give rise to multiple first-order phase transitions in both cooling and heating phases. The spectra of the ensuing gravitational waves (GW) exhibit characteristic features such as multiple peaks and a distinct behavior at high frequencies. These features allow us to determine the phase transition temperature as well as the reheating temperature at the end of the EMD. The future GW detectors can therefore provide a probe for the new physics and a window to the early thermal history.
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。
Freeze-in Production of Dark Matter Prior to Early Matter Domination
在早期物质占主导地位的时期，冻结或冻结可以产生正确的暗物质丰度，因为速度平均湮灭截面值很小，$\langle σ_{\rm ann} v \rangle_{\rm f} < 3 \times 10^{-26}$ cm $^3$ s $^{-1}$。然而，在一般的非标准热历史中，这样的时期通常在其他阶段之前。在这里，我们研究生产的暗物质在一个简单的后暴胀的历史，辐射为主的阶段后，再加热，其次是一个时代的早期物质统治。专注于冻结制度，我们表明，暗物质生产之前，早期的物质统治可以主导的遗迹丰度在大部分的参数空间，包括弱规模的暗物质群众，和允许的区域高度依赖于整个后通货膨胀的历史。此外，对于跨越数十年的非常广泛的$\langle σ_{\rm ann} v \rangle_{\rm f}$，暗物质粒子可以在早期开始处于化学平衡状态，并在早期物质统治期间去耦，从而使遗迹丰度基本上独立于$\langle σ_{\rm ann} v \rangle_{\rm f}$。我们简要地讨论了连接到不同的观测作为一种可能的手段来测试难以捉摸的冻结在这种情况下的情况。
Early Matter Domination from Long-Lived Particles in the Visible Sector
我们表明，一个非标准的宇宙学历史与一个子TeV可见扇区粒子驱动的早期物质统治的时期可以出现，而自然。这种情况涉及到一个长寿的标准模型单线态，它在高温下从带有SM电荷的母粒子的衰变和逆衰变中获得热丰度，随后作为一个冷冻物种主导宇宙的能量密度。在早期物质支配结束时产生的熵稀释了危险遗迹（如引力子）的丰度，稀释的倍数与$10^4$一样大。对于$\langle σ_{\rm ann} v \rangle_{\rm f} \lessgtr 3 \times 10^{-26}$ cm $^3$ s $^{-1}$的情况，该方案可以容纳正确的暗物质遗迹丰度。更重要的是，允许的参数空间可以通过在能量前沿搜索中性长寿命粒子来直接探测，这使我们能够使用粒子物理实验来重建大爆炸核合成之前的宇宙学历史。
Breaking a dark degeneracy: The gamma-ray signature of early matter domination
宇宙早期的热历史没有受到严格的约束，它可能经历了一段早期物质支配的时期，由重粒子或振荡的标量场驱动，在大爆炸核合成开始之前衰变为辐射。这种粒子衰变产生的熵减少了热遗迹暗物质达到观测到的丰度所需的截面。这种暗物质性质和热历史之间的简并性极大地拓宽了可行的暗物质候选者的领域，破坏了限制暗物质身份的努力。幸运的是，早期物质主导的时代也放大了小尺度的密度波动，导致早期微晕的形成，提高了暗物质湮灭率，并使现有的间接探测探测器能够看到更小的截面。采用最近开发的微晕形成和演化的模型，我们开发了一个程序，以获得间接检测早期物质占主导地位的宇宙学中的暗物质湮灭的限制。这个过程适当占微晕为主的信号的独特形态。虽然限制取决于暗物质的自由流动的规模，微晕使人们有可能获得小到$\langleσv\rangle \lesssim 10^{-32}$ cm $^3$ s $^{-1}$使用费米-LAT观测的各向同性伽马射线背景和天龙座矮星系的上限。
From Rags to Jeans: Axion Miniclusters from Early matter domination
Universidad de Santiago de Chile（圣地亚哥智利大学）；Universidad Técnica Federico Santa María（费德里科·圣玛丽亚理工大学）；New York University Abu Dhabi（纽约大学阿布扎比分校）；Universidad de Zaragoza（萨拉戈萨大学）
Reheating the FCC: Probing Early Matter Domination with Long-Lived Particles
New York University Abu Dhabi（阿布扎比纽约大学）；Pontificia Universidad Católica de Chile（智利天主教 Pontificia 大学）；Millennium Institute for Subatomic Physics at the High Energy Frontier (SAPHIR)（高能前沿亚原子物理千年研究所 (SAPHIR)）
早期物质占主导地位的时期可以为大范围的暗物质湮灭率$\langle σ_{\rm ann} v \rangle_{\rm f}$产生正确的暗物质丰度。在这里，我们研究这种情况下，$\langle σ_{\rm ann} v \rangle_{\rm f}$低于热暗物质$3 \times 10^{-26}$ cm $^3$ s $^{-1}$的标称值可能表明最近的一些实验。我们发现，在这种情况下，获得正确的遗物丰度设置了一个下限的早期物质统治时代的持续时间。另一方面，假设后暴胀宇宙有一个以$w \leq 1/3$为特征的状态方程，则标量谱指数$n_s$必须在观测允许的范围内，这一要求从上面限制了这一时期的持续时间。通过结合这些考虑，我们表明，当前和未来的宇宙微波背景实验可以严格限制这种情况下的参数空间。特别是，张量-标量比低于${\cal O}(0.01)$的暴胀模型可能不利于非热超对称暗物质从模量驱动的早期物质统治时代。
Gravitational Wave Spectral Shapes as a probe of Long Lived Right-handed Neutrinos, Leptogenesis and Dark Matter: Global versus Local B-L Cosmic Strings
Nanjing Normal University（南京师范大学）；University of Warsaw（华沙大学）；University of Southampton（南安普顿大学）
Hidden Sector Monopole Dark Matter with Matter Domination
重于$)$ TeV $O(10-100 $的残余暗物质的热冻结机制需要违反微扰么正性的截面。然而，从粒子物理学的角度来看，比这些尺度更重的暗物质的存在肯定是合理的，这表明需要一个非热宇宙学的历史来支持这样的理论。拓扑学上的暗物质就是一个很好的例子。在这里，隐藏的扇区暗物质可以通过描述在二阶相变中产生的缺陷的非平衡动力学的Kibble-Zurek机制大量产生。我们重新审视原来的拓扑暗物质的情况下，重点隐藏的部门磁单极子，并考虑更一般的宇宙历史。我们发现，一个大质量的顺序（$1-10^5$）PeV是通用的热历史考虑在这里，如果单极子是完全再现当前丰度的暗物质。特别是，在一个场景中，涉及早期时代的物质支配，的辐射数密度总是小于或等于在一个纯粹的辐射为主的等价提供了一定的条件，满足临界指数。这导致了在这样的宇宙学中，需要更大的质量来解释一个固定的遗迹丰度。
