Dark matter decay to neutrinos

被引：16

作者：

Arguelles, Carlos A. ^{[1
,2
]}

Delgado, Diyaselis ^{[1
,2
]}

Friedlander, Avi ^{[3
,4
]}

Kheirandish, Ali ^{[5
,6
]}

Safa, Ibrahim ^{[1
,2
,7
,8
,9
]}

Vincent, Aaron C. ^{[3
,4
,10
]}

White, Henry ^{[3
,4
]}

机构：

[1] Harvard Univ, Dept Phys, Cambridge, MA 02138 USA

[2] Harvard Univ, Lab Particle Phys & Cosmol, Cambridge, MA 02138 USA

[3] Queens Univ, Dept Phys Engn Phys & Astron, Kingston, ON K7L 3N6, Canada

[4] Arthur B McDonald Canadian Astroparticle Phys Res, Kingston, ON K7L 3N6, Canada

[5] Univ Nevada, Dept Phys & Astron, Las Vegas, NV 89154 USA

[6] Univ Nevada, Nevada Ctr Astrophys, Las Vegas, NV 89154 USA

[7] Columbia Univ, Dept Phys, New York, NY 10027 USA

[8] Univ Wisconsin, Dept Phys, Madison, WI 53706 USA

[9] Univ Wisconsin, Wisconsin IceCube Particle Astrophys Ctr, Madison, WI 53706 USA

[10] Perimeter Inst Theoret Phys, Waterloo, ON N2L 2Y5, Canada

来源：

PHYSICAL REVIEW D | 2023年 / 108卷 / 12期

基金：

加拿大自然科学与工程研究理事会; 加拿大创新基金会;

关键词：

SURFACE DETECTOR; MILKY-WAY; TELESCOPE; SEARCH; FLUX; LIMITS; ARRAY; ANNIHILATIONS;

D O I：

10.1103/PhysRevD.108.123021

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

It is possible that the strongest interactions between dark matter and the Standard Model occur via the neutrino sector. Unlike gamma rays and charged particles, neutrinos provide a unique avenue to probe for astrophysical sources of dark matter, since they arrive unimpeded and undeflected from their sources. Previously, we reported on annihilations of dark matter to neutrinos; here, we review constraints on the decay of dark matter into neutrinos over a range of dark matter masses from MeV to ZeV, compiling previously reported limits, exploring new electroweak corrections and computing constraints where none have been computed before. We examine the expected contributions to the neutrino flux at current and upcoming neutrino experiments as well as photons from electroweak emissions expected at gamma-ray telescopes, leading to constraints on the dark matter decay lifetime, which ranges from tau similar to 1.2 x 1021 s at 10 MeV to 1.5 x 1029 s at 1 PeV.

引用

页数：12

共 117 条

[1] The Pierre Auger Cosmic Ray Observatory [J].

Aab, A. ;

Abreu, P. ;

Aglietta, M. ;

Ahn, E. J. ;

Al Samarai, I. ;

Albert, J. N. ;

Albuquerque, I. F. M. ;

Allekotte, I. ;

Allen, J. ;

Allison, P. ;

Almela, A. ;

Alvarez Castillo, J. ;

Alvarez-Muniz, J. ;

Batista, R. Alves ;

Ambrosio, M. ;

Aminaei, A. ;

Anchordoqui, L. ;

Andringa, S. ;

Aramo, C. ;

Aranda, V. M. ;

Argiro, S. ;

Arisaka, K. ;

Arneodo, F. ;

Arqueros, F. ;

Asch, T. ;

Asorey, H. ;

Assis, P. ;

Aublin, J. ;

Ave, M. ;

Avenier, M. ;

Avila, G. ;

Awal, N. ;

Badescu, A. M. ;

Balzer, M. ;

Barber, K. B. ;

Barbosa, A. ;

Barenthien, N. ;

Barkhausen, M. ;

Baeuml, J. ;

Baus, C. ;

Beatty, J. ;

Becker, K. H. ;

Bellido, J. A. ;

BenZvi, S. ;

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Bertaina, M. E. ;

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Bilhaut, R. ;

Billoir, P. .

NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2015, 798 :172-213

[2]

Aartsen MG, 2019, Arxiv, DOI arXiv:1911.02561

[3] IceCube-Gen2: the window to the extreme Universe [J].

Aartsen, M. G. ;

Abbasi, R. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

Ahrens, M. ;

Alispach, C. ;

Allison, P. ;

Amin, N. M. ;

Andeen, K. ;

Anderson, T. ;

Ansseau, I ;

Anton, G. ;

Arguelles, C. ;

Arlen, T. C. ;

Auffenberg, J. ;

Axani, S. ;

Bagherpour, H. ;

Bai, X. ;

Balagopal, A., V ;

Barbano, A. ;

Bartos, I ;

Bastian, B. ;

Basu, V ;

Baum, V ;

Baur, S. ;

Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Becker, K-H ;

Tjus, J. Becker ;

BenZvi, S. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Blaufuss, E. ;

Blot, S. ;

Bohm, C. ;

Bohmer, M. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Boettcher, J. ;

Bourbeau, E. ;

Bourbeau, J. ;

Bradascio, F. ;

Braun, J. ;

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[4] Search for PeV Gamma-Ray Emission from the Southern Hemisphere with 5 Yr of Data from the IceCube Observatory [J].

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Anderson, T. ;

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Anton, G. ;

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Axani, S. ;

Backes, P. ;

Bagherpour, H. ;

Bai, X. ;

Balagopal, A., V ;

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Bastian, B. ;

Baum, V ;

Baur, S. ;

Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Becker, K-H ;

Tjus, J. Becker ;

BenZvi, S. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Blaufuss, E. ;

Blot, S. ;

Bohm, C. ;

Boerner, M. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Boettcher, J. ;

Bourbeau, E. ;

Bourbeau, J. ;

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Braun, J. ;

Bron, S. ;

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Anderson, T. ;

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Bai, X. ;

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Barron, J. P. ;

Barwick, S. W. ;

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Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

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Bernardini, E. ;

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Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Blaufuss, E. ;

Blot, S. ;

Bohm, C. ;

Borner, M. ;

Bos, F. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Bourbeau, E. ;

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Braun, J. ;

Brenzke, M. ;

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Becker, K. -H. ;

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Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Blaufuss, E. ;

Blot, S. ;

Bohm, C. ;

Borner, M. ;

Bos, F. ;

Bose, D. ;

Boser, S. ;

Botner, O. ;

Bourbeau, J. ;

Bradascio, F. ;

Braun, J. ;

Brayeur, L. ;

Brenzke, M. ;

Bretz, H. -P. ;

Bron, S. ;

Burgman, A. ;

Carver, T. ;

Casey, J. ;

Casier, M. ;

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EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C, 2017, 77 (09)

[7] SEARCH FOR SOURCES OF HIGH-ENERGY NEUTRONS WITH FOUR YEARS OF DATA FROM THE ICETOP DETECTOR [J].

Aartsen, M. G. ;

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Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

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Ahrens, M. ;

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Becker, K. -H. ;

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Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bernhard, A. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blot, S. ;

Bohm, C. ;

Boerner, M. ;

Bos, F. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

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Braun, J. ;

Brayeur, L. ;

Bretz, H. -P. ;

Burgman, A. ;

Carver, T. ;

Casier, M. ;

Cheung, E. ;

Chirkin, D. ;

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ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2016, 830 (02)

[8]

Aartsen MG, 2017, EUR PHYS J C, V77, DOI [10.1140/epjc/s10052-016-3953-8, 10.1140/epjc/s10052-016-4582-y]

[9] Measurement of the Atmospheric νe Spectrum with IceCube [J].

Aartsen, M. G. ;

Ackermann, M. ;

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Ahrens, M. ;

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Anderson, T. ;

Archinger, M. ;

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Beiser, E. ;

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Berley, D. ;

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Bernhard, A. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Boerner, M. ;

Bos, F. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

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Braun, J. ;

Brayeur, L. ;

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Brown, A. M. ;

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Casey, J. ;

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Cheung, E. ;

Chirkin, D. ;

Christov, A. ;

Christy, B. ;

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PHYSICAL REVIEW D, 2015, 91 (12)

[10] Multipole analysis of IceCube data to search for dark matter accumulated in the Galactic halo [J].

Aartsen, M. G. ;

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Bai, X. ;

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Beatty, J. J. ;

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Becker, K. -H. ;

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Berley, D. ;

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Bernhard, A. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Bos, F. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

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EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C, 2015, 75 (01) :1-16

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[1] The Pierre Auger Cosmic Ray Observatory [J].

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Ambrosio, M. ;

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Avila, G. ;

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Barbosa, A. ;

Barenthien, N. ;

Barkhausen, M. ;

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Bai, X. ;

Balagopal, A., V ;

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Beatty, J. J. ;

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Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Blaufuss, E. ;

Blot, S. ;

Bohm, C. ;

Bohmer, M. ;

Boeser, S. ;

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Bourbeau, E. ;

Bourbeau, J. ;

Bradascio, F. ;

Braun, J. ;

Bron, S. ;

Brostean-Kaiser, J. .

JOURNAL OF PHYSICS G-NUCLEAR AND PARTICLE PHYSICS, 2021, 48 (06)

[4] Search for PeV Gamma-Ray Emission from the Southern Hemisphere with 5 Yr of Data from the IceCube Observatory [J].

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Balagopal, A., V ;

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Barwick, S. W. ;

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Beatty, J. J. ;

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Tjus, J. Becker ;

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Burgman, A. ;

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[5] Differential limit on the extremely-high-energy cosmic neutrino flux in the presence of astrophysical background from nine years of IceCube data [J].

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[6] Search for neutrinos from dark matter self-annihilations in the center of the Milky Way with 3 years of IceCube/DeepCore [J].

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Bron, S. ;

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Carver, T. ;

Casey, J. ;

Casier, M. ;

Cheung, E. .

EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C, 2017, 77 (09)

[7] SEARCH FOR SOURCES OF HIGH-ENERGY NEUTRONS WITH FOUR YEARS OF DATA FROM THE ICETOP DETECTOR [J].

Aartsen, M. G. ;

Abraham, K. ;

Ackermann, M. ;

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Aguilar, J. A. ;

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Altmann, D. ;

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[8]

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[10] Multipole analysis of IceCube data to search for dark matter accumulated in the Galactic halo [J].

Aartsen, M. G. ;

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Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

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Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Bos, F. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Brayeur, L. ;

Bretz, H. -P. ;

Brown, A. M. ;

Casey, J. ;

Casier, M. ;

Chirkin, D. ;

Christov, A. ;

Christy, B. ;

Clark, K. ;

Classen, L. ;

Clevermann, F. ;

Coenders, S. ;

Cowen, D. F. ;

Silva, A. H. Cruz ;

Danninger, M. ;

Daughhetee, J. .

EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C, 2015, 75 (01) :1-16

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