Neutrino mass and dark matter in light of recent AMS-02 results

被引:54
作者
Dev, P. S. Bhupal [1 ]
Ghosh, Dilip Kumar [2 ]
Okada, Nobuchika [3 ]
Saha, Ipsita [2 ]
机构
[1] Univ Manchester, Sch Phys & Astron, Consortium Fundamental Phys, Manchester M13 9PL, Lancs, England
[2] Indian Assoc Cultivat Sci, Dept Theoret Phys, Kolkata 700032, India
[3] Univ Alabama, Dept Phys & Astron, Tuscaloosa, AL 35487 USA
关键词
COSMIC-RAY ELECTRONS; LARGE-AREA TELESCOPE; II SEESAW; POSITRON FRACTION; FINAL-STATES; HIGGS-BOSON; SPECTRUM; SEARCH; MODELS; GAMMA;
D O I
10.1103/PhysRevD.89.095001
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
We study a simple extension of the Standard Model supplemented by an electroweak triplet scalar field to accommodate small neutrino masses by the type-II seesaw mechanism, while an additional singlet scalar field can play the role of cold dark matter (DM) in our Universe. This DM candidate is leptophilic for a wide range of model parameter space, and the lepton flux due to its annihilation carries information about the neutrino mass hierarchy. Using the recently released high-precision data on positron fraction and flux from the AMS-02 experiment, we examine the DM interpretation of the observed positron excess in our model for two kinematically distinct scenarios with the DM and triplet scalar masses (a) nondegenerate (mDM >> m Delta) and (b) quasidegenerate (m(DM) similar or equal to m Delta). We find that a good fit to the AMS-02 data can be obtained in both cases (a) and (b) with a normal hierarchy of neutrino masses, while the inverted hierarchy case is somewhat disfavored. Although we require a larger boost factor for the normal hierarchy case, this is still consistent with the current upper limits derived from Fermi-LAT and IceCube data for case (a). Moreover, the absence of an excess antiproton flux as suggested by PAMELA data sets an indirect upper limit on the DM-nucleon spin-independent elastic scattering cross section, which is stronger than the existing DM direct detection bound from LUX in the AMS-02 preferred DM mass range.
引用
收藏
页数:18
相关论文
共 138 条
[1]   Measurements of Higgs boson production and couplings in diboson final states with the ATLAS detector at the LHC [J].
Aad, G. ;
Abajyan, T. ;
Abbott, B. ;
Abdallah, J. ;
Khalek, S. Abdel ;
Abdinov, O. ;
Aben, R. ;
Abi, B. ;
Abolins, M. ;
AbouZeid, O. S. ;
Abramowicz, H. ;
Abreu, H. ;
Abulaiti, Y. ;
Acharya, B. S. ;
Adamczyk, L. ;
Adams, D. L. ;
Addy, T. N. ;
Adelman, J. ;
Adomeit, S. ;
Adye, T. ;
Aefsky, S. ;
Agatonovic-Jovin, T. ;
Aguilar-Saavedra, J. A. ;
Agustoni, M. ;
Ahlen, S. P. ;
Ahmad, A. ;
Ahsan, M. ;
Aielli, G. ;
Akesson, T. P. A. ;
Akimoto, G. ;
Akimov, A. V. ;
Alam, M. A. ;
Albert, J. ;
Albrand, S. ;
Alconada Verzini, M. J. ;
Aleksa, M. ;
Aleksandrov, I. N. ;
Alessandria, F. ;
Alexa, C. ;
Alexander, G. ;
Alexandre, G. ;
Alexopoulos, T. ;
Alhroob, M. ;
Aliev, M. ;
Alimonti, G. ;
Alio, L. ;
Alison, J. ;
Allbrooke, B. M. M. ;
Allison, L. J. ;
Allport, P. P. .
PHYSICS LETTERS B, 2013, 726 (1-3) :88-119
[2]  
Aad G, 2012, EUR PHYS J C, V72, DOI 10.1140/epjc/s10052-012-2244-2
[3]   IceCube search for dark matter annihilation in nearby galaxies and galaxy clusters [J].
Aartsen, M. G. ;
Abbasi, R. ;
Abdou, Y. ;
Ackermann, M. ;
Adams, J. ;
Aguilar, J. A. ;
Ahlers, M. ;
Altmann, D. ;
Auffenberg, J. ;
Bai, X. ;
Baker, M. ;
Barwick, S. W. ;
Baum, V. ;
Bay, R. ;
Beatty, J. J. ;
Bechet, S. ;
Tjus, J. Becker ;
Becker, K. -H. ;
Benabderrahmane, M. L. ;
BenZvi, S. ;
Berghaus, P. ;
Berley, D. ;
Bernardini, E. ;
Bernhard, A. ;
Bertrand, D. ;
Besson, D. Z. ;
Binder, G. ;
Bindig, D. ;
Bissok, M. ;
Blaufuss, E. ;
Blumenthal, J. ;
Boersma, D. J. ;
Bohaichuk, S. ;
Bohm, C. ;
Bose, D. ;
Boeser, S. ;
Botner, O. ;
Brayeur, L. ;
Bretz, H. -P. ;
Brown, A. M. ;
Bruijn, R. ;
Brunner, J. ;
Carson, M. ;
Casey, J. ;
Casier, M. ;
Chirkin, D. ;
Christov, A. ;
Christy, B. ;
Clark, K. ;
Clevermann, F. .
PHYSICAL REVIEW D, 2013, 88 (12)
[4]   Search for dark matter from the Galactic halo with the IceCube Neutrino Telescope [J].
Abbasi, R. ;
Abdou, Y. ;
Abu-Zayyad, T. ;
Adams, J. ;
Aguilar, J. A. ;
Ahlers, M. ;
Andeen, K. ;
Auffenberg, J. ;
Bai, X. ;
Baker, M. ;
Barwick, S. W. ;
Bay, R. ;
Alba, J. L. Bazo ;
Beattie, K. ;
Beatty, J. J. ;
Bechet, S. ;
Becker, J. K. ;
Becker, K. -H. ;
Benabderrahmane, M. L. ;
BenZvi, S. ;
Berdermann, J. ;
Berghaus, P. ;
Berley, D. ;
Bernardini, E. ;
Bertrand, D. ;
Besson, D. Z. ;
Bindig, D. ;
Bissok, M. ;
Blaufuss, E. ;
Blumenthal, J. ;
Boersma, D. J. ;
Bohm, C. ;
Bose, D. ;
Boeser, S. ;
Botner, O. ;
Braun, J. ;
Brown, A. M. ;
Buitink, S. ;
Carson, M. ;
Chirkin, D. ;
Christy, B. ;
Clem, J. ;
Clevermann, F. ;
Cohen, S. ;
Colnard, C. ;
Cowen, D. F. ;
D'Agostino, M. V. ;
Danninger, M. ;
Daughhetee, J. ;
Davis, J. C. .
PHYSICAL REVIEW D, 2011, 84 (02)
[5]   Measurement of the Cosmic Ray e++e- Spectrum from 20 GeV to 1 TeV with the Fermi Large Area Telescope [J].
Abdo, A. A. ;
Ackermann, M. ;
Ajello, M. ;
Atwood, W. B. ;
Axelsson, M. ;
Baldini, L. ;
Ballet, J. ;
Barbiellini, G. ;
Bastieri, D. ;
Battelino, M. ;
Baughman, B. M. ;
Bechtol, K. ;
Bellazzini, R. ;
Berenji, B. ;
Blandford, R. D. ;
Bloom, E. D. ;
Bogaert, G. ;
Bonamente, E. ;
Borgland, A. W. ;
Bregeon, J. ;
Brez, A. ;
Brigida, M. ;
Bruel, P. ;
Burnett, T. H. ;
Caliandro, G. A. ;
Cameron, R. A. ;
Caraveo, P. A. ;
Carlson, P. ;
Casandjian, J. M. ;
Cecchi, C. ;
Charles, E. ;
Chekhtman, A. ;
Cheung, C. C. ;
Chiang, J. ;
Ciprini, S. ;
Claus, R. ;
Cohen-Tanugi, J. ;
Cominsky, L. R. ;
Conrad, J. ;
Cutini, S. ;
Dermer, C. D. ;
de Angelis, A. ;
de Palma, F. ;
Digel, S. W. ;
Di Bernardo, G. ;
do Couto e Silva, E. ;
Drell, P. S. ;
Dubois, R. ;
Dumora, D. ;
Edmonds, Y. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2009, 102 (18)
[6]   Dark matter constraints from observations of 25 Milky Way satellite galaxies with the Fermi Large Area Telescope [J].
Ackermann, M. ;
Albert, A. ;
Anderson, B. ;
Baldini, L. ;
Ballet, J. ;
Barbiellini, G. ;
Bastieri, D. ;
Bechtol, K. ;
Bellazzini, R. ;
Bissaldi, E. ;
Bloom, E. D. ;
Bonamente, E. ;
Bouvier, A. ;
Brandt, T. J. ;
Bregeon, J. ;
Brigida, M. ;
Bruel, P. ;
Buehler, R. ;
Buson, S. ;
Caliandro, G. A. ;
Cameron, R. A. ;
Caragiulo, M. ;
Caraveo, P. A. ;
Cecchi, C. ;
Charles, E. ;
Chekhtman, A. ;
Chiang, J. ;
Ciprini, S. ;
Claus, R. ;
Cohen-Tanugi, J. ;
Conrad, J. ;
D'Ammando, F. ;
de Angelis, A. ;
Dermer, C. D. ;
Digel, S. W. ;
do Couto e Silva, E. ;
Drell, P. S. ;
Drlica-Wagner, A. ;
Essig, R. ;
Favuzzi, C. ;
Ferrara, E. C. ;
Franckowiak, A. ;
Fukazawa, Y. ;
Funk, S. ;
Fusco, P. ;
Gargano, F. ;
Gasparrini, D. ;
Giglietto, N. ;
Giroletti, M. ;
Godfrey, G. .
PHYSICAL REVIEW D, 2014, 89 (04)
[7]   THE FERMI LARGE AREA TELESCOPE ON ORBIT: EVENT CLASSIFICATION, INSTRUMENT RESPONSE FUNCTIONS, AND CALIBRATION [J].
Ackermann, M. ;
Ajello, M. ;
Albert, A. ;
Allafort, A. ;
Atwood, W. B. ;
Axelsson, M. ;
Baldini, L. ;
Ballet, J. ;
Barbiellini, G. ;
Bastieri, D. ;
Bechtol, K. ;
Bellazzini, R. ;
Bissaldi, E. ;
Blandford, R. D. ;
Bloom, E. D. ;
Bogart, J. R. ;
Bonamente, E. ;
Borgland, A. W. ;
Bottacini, E. ;
Bouvier, A. ;
Brandt, T. J. ;
Bregeon, J. ;
Brigida, M. ;
Bruel, P. ;
Buehler, R. ;
Burnett, T. H. ;
Buson, S. ;
Caliandro, G. A. ;
Cameron, R. A. ;
Caraveo, P. A. ;
Casandjian, J. M. ;
Cavazzuti, E. ;
Cecchi, C. ;
Celik, O. ;
Charles, E. ;
Chaves, R. C. G. ;
Chekhtman, A. ;
Cheung, C. C. ;
Chiang, J. ;
Ciprini, S. ;
Claus, R. ;
Cohen-Tanugi, J. ;
Conrad, J. ;
Corbet, R. ;
Cutini, S. ;
D'Ammando, F. ;
Davis, D. S. ;
de Angelis, A. ;
DeKlotz, M. ;
de Palma, F. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL SUPPLEMENT SERIES, 2012, 203 (01)
[8]   Fermi LAT search for dark matter in gamma-ray lines and the inclusive photon spectrum [J].
Ackermann, M. ;
Ajello, M. ;
Albert, A. ;
Baldini, L. ;
Barbiellini, G. ;
Bechtol, K. ;
Bellazzini, R. ;
Berenji, B. ;
Blandford, R. D. ;
Bloom, E. D. ;
Bonamente, E. ;
Borgland, A. W. ;
Brigida, M. ;
Buehler, R. ;
Buson, S. ;
A. Caliandro, G. ;
Cameron, R. A. ;
Caraveo, P. A. ;
Casandjian, J. M. ;
Cecchi, C. ;
Charles, E. ;
Chekhtman, A. ;
Chiang, J. ;
Ciprini, S. ;
Claus, R. ;
Cohen-Tanugi, J. ;
Conrad, J. ;
D'Ammando, F. ;
de Palma, F. ;
Dermer, C. D. ;
do Couto e Silva, E. ;
Drell, P. S. ;
Drlica-Wagner, A. ;
Edmonds, Y. ;
Essig, R. ;
Favuzzi, C. ;
Fegan, S. J. ;
Focke, W. B. ;
Fukazawa, Y. ;
Funk, S. ;
Fusco, P. ;
Gargano, F. ;
Gasparrini, D. ;
Germani, S. ;
Giglietto, N. ;
Giordano, F. ;
Giroletti, M. ;
Glanzman, T. ;
Godfrey, G. ;
Grenier, I. A. .
PHYSICAL REVIEW D, 2012, 86 (02)
[9]   Measurement of Separate Cosmic-Ray Electron and Positron Spectra with the Fermi Large Area Telescope [J].
Ackermann, M. ;
Ajello, M. ;
Allafort, A. ;
Atwood, W. B. ;
Baldini, L. ;
Barbiellini, G. ;
Bastieri, D. ;
Bechtol, K. ;
Bellazzini, R. ;
Berenji, B. ;
Blandford, R. D. ;
Bloom, E. D. ;
Bonamente, E. ;
Borgland, A. W. ;
Bouvier, A. ;
Bregeon, J. ;
Brigida, M. ;
Bruel, P. ;
Buehler, R. ;
Buson, S. ;
Caliandro, G. A. ;
Cameron, R. A. ;
Caraveo, P. A. ;
Casandjian, J. M. ;
Cecchi, C. ;
Charles, E. ;
Chekhtman, A. ;
Cheung, C. C. ;
Chiang, J. ;
Ciprini, S. ;
Claus, R. ;
Cohen-Tanugi, J. ;
Conrad, J. ;
Cutini, S. ;
de Angelis, A. ;
de Palma, F. ;
Dermer, C. D. ;
Digel, S. W. ;
do Couto e Silva, E. ;
Drell, P. S. ;
Drlica-Wagner, A. ;
Favuzzi, C. ;
Fegan, S. J. ;
Ferrara, E. C. ;
Focke, W. B. ;
Fortin, P. ;
Fukazawa, Y. ;
Funk, S. ;
Fusco, P. ;
Gargano, F. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2012, 108 (01)
[10]   Constraining Dark Matter Models from a Combined Analysis of Milky Way Satellites with the Fermi Large Area Telescope [J].
Ackermann, M. ;
Ajello, M. ;
Albert, A. ;
Atwood, W. B. ;
Baldini, L. ;
Ballet, J. ;
Barbiellini, G. ;
Bastieri, D. ;
Bechtol, K. ;
Bellazzini, R. ;
Berenji, B. ;
Blandford, R. D. ;
Bloom, E. D. ;
Bonamente, E. ;
Borgland, A. W. ;
Bregeon, J. ;
Brigida, M. ;
Bruel, P. ;
Buehler, R. ;
Burnett, T. H. ;
Buson, S. ;
Caliandro, G. A. ;
Cameron, R. A. ;
Canadas, B. ;
Caraveo, P. A. ;
Casandjian, J. M. ;
Cecchi, C. ;
Charles, E. ;
Chekhtman, A. ;
Chiang, J. ;
Ciprini, S. ;
Claus, R. ;
Cohen-Tanugi, J. ;
Conrad, J. ;
Cutini, S. ;
de Angelis, A. ;
de Palma, F. ;
Dermer, C. D. ;
Digel, S. W. ;
do Couto e Silva, E. ;
Drell, P. S. ;
Drlica-Wagner, A. ;
Falletti, L. ;
Favuzzi, C. ;
Fegan, S. J. ;
Ferrara, E. C. ;
Fukazawa, Y. ;
Funk, S. ;
Fusco, P. ;
Gargano, F. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2011, 107 (24)