Dark matter with two- and many-body decays and supernovae type Ia

被引：34

作者：

Blackadder, Gordon ^{[1
]}

Koushiappas, Savvas M. ^{[1
]}

机构：

[1] Brown Univ, Dept Phys, Providence, RI 02912 USA

来源：

PHYSICAL REVIEW D | 2014年 / 90卷 / 10期

基金：

美国国家科学基金会;

关键词：

GAMMA-RAYS; NEUTRINOS; SPECTRUM; CLUSTER; MODEL;

D O I：

10.1103/PhysRevD.90.103527

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

We present a decaying dark matter scenario where the daughter products are a single massless relativistic particle and a single, massive but possibly relativistic particle. We calculate the velocity distribution of the massive daughter particle and its associated equation of state and derive its dynamical evolution in an expanding universe. In addition, we present a model of decaying dark matter where there are many massless relativistic daughter particles together with a massive particle at rest. We place constraints on these two models using supernovae type Ia observations. We find that for a daughter relativistic fraction of 1% and higher, lifetimes of at least less than 10 Gyrs are excluded, with larger relativistic fractions constraining longer lifetimes.

引用

页数：10

共 59 条

[1]

Abell P. A., ARXIV09120201

[2] SEARCH FOR DARK MATTER ANNIHILATION SIGNALS FROM THE FORNAX GALAXY CLUSTER WITH H.E.S.S. [J].

Abramowski, A. ;

Acero, F. ;

Aharonian, F. ;

Akhperjanian, A. G. ;

Anton, G. ;

Balzer, A. ;

Barnacka, A. ;

de Almeida, U. Barres ;

Becherini, Y. ;

Becker, J. ;

Behera, B. ;

Bernloehr, K. ;

Birsin, E. ;

Biteau, J. ;

Bochow, A. ;

Boisson, C. ;

Bolmont, J. ;

Bordas, P. ;

Brucker, J. ;

Brun, F. ;

Brun, P. ;

Bulik, T. ;

Bueching, I. ;

Carrigan, S. ;

Casanova, S. ;

Cerruti, M. ;

Chadwick, P. M. ;

Charbonnier, A. ;

Chaves, R. C. G. ;

Cheesebrough, A. ;

Clapson, A. C. ;

Coignet, G. ;

Cologna, G. ;

Conrad, J. ;

Dalton, M. ;

Daniel, M. K. ;

Davids, I. D. ;

Degrange, B. ;

Deil, C. ;

Dickinson, H. J. ;

Djannati-Atai, A. ;

Domainko, W. ;

Drury, L. O'C. ;

Dubus, G. ;

Dutson, K. ;

Dyks, J. ;

Dyrda, M. ;

Egberts, K. ;

Eger, P. ;

Espigat, P. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2012, 750 (02)

[3] Planck 2013 results. I. Overview of products and scientific results [J].

Ade, P. A. R. ;

Aghanim, N. ;

Alves, M. I. R. ;

Armitage-Caplan, C., I ;

Amaud, M. ;

Ashdown, M. ;

Atrio-Barandela, F. ;

Aumont, J. ;

Ausse, H. ;

Baccigalupi, C. ;

Banday, A. J. ;

Barreiro, R. B. ;

Barrenass, R. ;

Bartelmann, M. ;

Bartlett, J. G. ;

Bartolo, N. ;

Basak, S. ;

Battaner, E. ;

Battye, R. ;

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ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2014, 571

[4] Planck 2013 results. XVI. Cosmological parameters [J].

Ade, P. A. R. ;

Aghanim, N. ;

Armitage-Caplan, C. ;

Arnaud, M. ;

Ashdown, M. ;

Atrio-Barandela, F. ;

Aumont, J. ;

Baccigalupi, C. ;

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Battaner, E. ;

Benabed, K. ;

Benoit, A. ;

Benoit-Levy, A. ;

Bernard, J. -P. ;

Bersanelli, M. ;

Bielewicz, P. ;

Bobin, J. ;

Bock, J. J. ;

Bonaldi, A. ;

Bond, J. R. ;

Borrill, J. ;

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Curto, A. ;

Cuttaia, F. ;

Danese, L. ;

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ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2014, 571

[5] Cosmic-Ray Electron Flux Measured by the PAMELA Experiment between 1 and 625 GeV [J].

Adriani, O. ;

Barbarino, G. C. ;

Bazilevskaya, G. A. ;

Bellotti, R. ;

Boezio, M. ;

Bogomolov, E. A. ;

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De Santis, C. ;

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Galper, A. M. ;

Gillard, W. ;

Grishantseva, L. ;

Jerse, G. ;

Karelin, A. V. ;

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Kvashnin, A. N. ;

Leonov, A. ;

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Malvezzi, V. ;

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Mayorov, A. G. ;

Menn, W. ;

Mikhailov, V. V. ;

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Monaco, A. ;

Mori, N. ;

Nikonov, N. ;

Osteria, G. ;

Palma, F. ;

Papini, P. ;

Pearce, M. ;

Picozza, P. ;

Pizzolotto, C. ;

Ricci, M. ;

Ricciarini, S. B. ;

Rossetto, L. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2011, 106 (20)

[6] PAMELA Measurements of Cosmic-Ray Proton and Helium Spectra [J].

Adriani, O. ;

Barbarino, G. C. ;

Bazilevskaya, G. A. ;

Bellotti, R. ;

Boezio, M. ;

Bogomolov, E. A. ;

Bonechi, L. ;

Bongi, M. ;

Bonvicini, V. ;

Borisov, S. ;

Bottai, S. ;

Bruno, A. ;

Cafagna, F. ;

Campana, D. ;

Carbone, R. ;

Carlson, P. ;

Casolino, M. ;

Castellini, G. ;

Consiglio, L. ;

De Pascale, M. P. ;

De Santis, C. ;

De Simone, N. ;

Di Felice, V. ;

Galper, A. M. ;

Gillard, W. ;

Grishantseva, L. ;

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Karelin, A. V. ;

Koldashov, S. V. ;

Krutkov, S. Y. ;

Kvashnin, A. N. ;

Leonov, A. ;

Malakhov, V. ;

Malvezzi, V. ;

Marcelli, L. ;

Mayorov, A. G. ;

Menn, W. ;

Mikhailov, V. V. ;

Mocchiutti, E. ;

Monaco, A. ;

Mori, N. ;

Nikonov, N. ;

Osteria, G. ;

Palma, F. ;

Papini, P. ;

Pearce, M. ;

Picozza, P. ;

Pizzolotto, C. ;

Ricci, M. ;

Ricciarini, S. B. .

SCIENCE, 2011, 332 (6025) :69-72

[7] PAMELA Results on the Cosmic-Ray Antiproton Flux from 60 MeV to 180 GeV in Kinetic Energy [J].

Adriani, O. ;

Barbarino, G. C. ;

Bazilevskaya, G. A. ;

Bellotti, R. ;

Boezio, M. ;

Bogomolov, E. A. ;

Bonechi, L. ;

Bongi, M. ;

Bonvicini, V. ;

Borisov, S. ;

Bottai, S. ;

Bruno, A. ;

Cafagna, F. ;

Campana, D. ;

Carbone, R. ;

Carlson, P. ;

Casolino, M. ;

Castellini, G. ;

Consiglio, L. ;

De Pascale, M. P. ;

De Santis, C. ;

De Simone, N. ;

Di Felice, V. ;

Galper, A. M. ;

Gillard, W. ;

Grishantseva, L. ;

Hofverberg, P. ;

Jerse, G. ;

Karelin, A. V. ;

Koldashov, S. V. ;

Krutkov, S. Y. ;

Kvashnin, A. N. ;

Leonov, A. ;

Malvezzi, V. ;

Marcelli, L. ;

Mayorov, A. G. ;

Menn, W. ;

Mikhailov, V. V. ;

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Monaco, A. ;

Mori, N. ;

Nikonov, N. ;

Osteria, G. ;

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Pearce, M. ;

Picozza, P. ;

Pizzolotto, C. ;

Ricci, M. ;

Ricciarini, S. B. ;

Rossetto, L. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2010, 105 (12)

[8] An anomalous positron abundance in cosmic rays with energies 1.5-100 GeV [J].

Adriani, O. ;

Barbarino, G. C. ;

Bazilevskaya, G. A. ;

Bellotti, R. ;

Boezio, M. ;

Bogomolov, E. A. ;

Bonechi, L. ;

Bongi, M. ;

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Bottai, S. ;

Bruno, A. ;

Cafagna, F. ;

Campana, D. ;

Carlson, P. ;

Casolino, M. ;

Castellini, G. ;

De Pascale, M. P. ;

De Rosa, G. ;

De Simone, N. ;

Di Felice, V. ;

Galper, A. M. ;

Grishantseva, L. ;

Hofverberg, P. ;

Koldashov, S. V. ;

Krutkov, S. Y. ;

Kvashnin, A. N. ;

Leonov, A. ;

Malvezzi, V. ;

Marcelli, L. ;

Menn, W. ;

Mikhailov, V. V. ;

Mocchiutti, E. ;

Orsi, S. ;

Osteria, G. ;

Papini, P. ;

Pearce, M. ;

Picozza, P. ;

Ricci, M. ;

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Simon, M. ;

Sparvoli, R. ;

Spillantini, P. ;

Stozhkov, Y. I. ;

Vacchi, A. ;

Vannuccini, E. ;

Vasilyev, G. ;

Voronov, S. A. ;

Yurkin, Y. T. ;

Zampa, G. ;

Zampa, N. .

NATURE, 2009, 458 (7238) :607-609

[9] New Measurement of the Antiproton-to-Proton Flux Ratio up to 100 GeV in the Cosmic Radiation [J].

Adriani, O. ;

Barbarino, G. C. ;

Bazilevskaya, G. A. ;

Bellotti, R. ;

Boezio, M. ;

Bogomolov, E. A. ;

Bonechi, L. ;

Bongi, M. ;

Bonvicini, V. ;

Bottai, S. ;

Bruno, A. ;

Cafagna, F. ;

Campana, D. ;

Carlson, P. ;

Casolino, M. ;

Castellini, G. ;

De Pascale, M. P. ;

De Rosa, G. ;

Fedele, D. ;

Galper, A. M. ;

Grishantseva, L. ;

Hofverberg, P. ;

Leonov, A. ;

Koldashov, S. V. ;

Krutkov, S. Y. ;

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Minori, M. ;

Mocchiutti, E. ;

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Orsi, S. ;

Osteria, G. ;

Papini, P. ;

Pearce, M. ;

Picozza, P. ;

Ricci, M. ;

Ricciarini, S. B. ;

Simon, M. ;

Sparvoli, R. ;

Spillantini, P. ;

Stozhkov, Y. I. ;

Taddei, E. ;

Vacchi, A. ;

Vannuccini, E. ;

Vasilyev, G. ;

Voronov, S. A. ;

Yurkin, Y. T. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2009, 102 (05)

[10] First Result from the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station: Precision Measurement of the Positron Fraction in Primary Cosmic Rays of 0.5-350 GeV [J].

Aguilar, M. ;

Alberti, G. ;

Alpat, B. ;

Alvino, A. ;

Ambrosi, G. ;

Andeen, K. ;

Anderhub, H. ;

Arruda, L. ;

Azzarello, P. ;

Bachlechner, A. ;

Barao, F. ;

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Barrau, A. ;

Barrin, L. ;

Bartoloni, A. ;

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Basili, A. ;

Batalha, L. ;

Bates, J. ;

Battiston, R. ;

Bazo, J. ;

Becker, R. ;

Becker, U. ;

Behlmann, M. ;

Beischer, B. ;

Berdugo, J. ;

Berges, P. ;

Bertucci, B. ;

Bigongiari, G. ;

Biland, A. ;

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Bizzaglia, S. ;

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Burger, W. ;

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PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2013, 110 (14)

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[1]

Abell P. A., ARXIV09120201

[2] SEARCH FOR DARK MATTER ANNIHILATION SIGNALS FROM THE FORNAX GALAXY CLUSTER WITH H.E.S.S. [J].

Abramowski, A. ;

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Behera, B. ;

Bernloehr, K. ;

Birsin, E. ;

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Bochow, A. ;

Boisson, C. ;

Bolmont, J. ;

Bordas, P. ;

Brucker, J. ;

Brun, F. ;

Brun, P. ;

Bulik, T. ;

Bueching, I. ;

Carrigan, S. ;

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Dutson, K. ;

Dyks, J. ;

Dyrda, M. ;

Egberts, K. ;

Eger, P. ;

Espigat, P. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2012, 750 (02)

[3] Planck 2013 results. I. Overview of products and scientific results [J].

Ade, P. A. R. ;

Aghanim, N. ;

Alves, M. I. R. ;

Armitage-Caplan, C., I ;

Amaud, M. ;

Ashdown, M. ;

Atrio-Barandela, F. ;

Aumont, J. ;

Ausse, H. ;

Baccigalupi, C. ;

Banday, A. J. ;

Barreiro, R. B. ;

Barrenass, R. ;

Bartelmann, M. ;

Bartlett, J. G. ;

Bartolo, N. ;

Basak, S. ;

Battaner, E. ;

Battye, R. ;

Benabed, K. ;

Benoit, A. ;

Benoit-Levy, A. ;

Bernard, J. -P. ;

Bersanelli, M. ;

Bertincourt, B. ;

Bethermin, M. ;

Bielewicz, P. ;

Bikmaev, I. ;

Blanchard, A. ;

Bobin, J. ;

Bock, J. J. ;

Boehringer, H. ;

Bonaldi, A. ;

Bonavera, L. ;

Bond, J. R. ;

Borrill, J. ;

Bouchet, F. R. ;

Boulanger, F. ;

Bourdin, H. ;

Bowyer, J. W. ;

Bridges, M. ;

Brown, M. L. ;

Bucher, M. ;

Burenin, R. ;

Burigana, C. ;

Butler, R. C. ;

Calabrese, E. ;

Cappellini, B. ;

Cardoso, J. -F. ;

Carr, R. .

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2014, 571

[4] Planck 2013 results. XVI. Cosmological parameters [J].

Ade, P. A. R. ;

Aghanim, N. ;

Armitage-Caplan, C. ;

Arnaud, M. ;

Ashdown, M. ;

Atrio-Barandela, F. ;

Aumont, J. ;

Baccigalupi, C. ;

Banday, A. J. ;

Barreiro, R. B. ;

Bartlett, J. G. ;

Battaner, E. ;

Benabed, K. ;

Benoit, A. ;

Benoit-Levy, A. ;

Bernard, J. -P. ;

Bersanelli, M. ;

Bielewicz, P. ;

Bobin, J. ;

Bock, J. J. ;

Bonaldi, A. ;

Bond, J. R. ;

Borrill, J. ;

Bouchet, F. R. ;

Bridges, M. ;

Bucher, M. ;

Burigana, C. ;

Butler, R. C. ;

Calabrese, E. ;

Cappellini, B. ;

Cardoso, J. -F. ;

Catalano, A. ;

Challinor, A. ;

Chamballu, A. ;

Chary, R. -R. ;

Chen, X. ;

Chiang, H. C. ;

Chiang, L. -Y ;

Christensen, P. R. ;

Church, S. ;

Clements, D. L. ;

Colombi, S. ;

Colombo, L. P. L. ;

Couchot, F. ;

Coulais, A. ;

Crill, B. P. ;

Curto, A. ;

Cuttaia, F. ;

Danese, L. ;

Davies, R. D. .

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2014, 571

[5] Cosmic-Ray Electron Flux Measured by the PAMELA Experiment between 1 and 625 GeV [J].

Adriani, O. ;

Barbarino, G. C. ;

Bazilevskaya, G. A. ;

Bellotti, R. ;

Boezio, M. ;

Bogomolov, E. A. ;

Bongi, M. ;

Bonvicini, V. ;

Borisov, S. ;

Bottai, S. ;

Bruno, A. ;

Cafagna, F. ;

Campana, D. ;

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Mikhailov, V. V. ;

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Monaco, A. ;

Mori, N. ;

Nikonov, N. ;

Osteria, G. ;

Palma, F. ;

Papini, P. ;

Pearce, M. ;

Picozza, P. ;

Pizzolotto, C. ;

Ricci, M. ;

Ricciarini, S. B. ;

Rossetto, L. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2011, 106 (20)

[6] PAMELA Measurements of Cosmic-Ray Proton and Helium Spectra [J].

Adriani, O. ;

Barbarino, G. C. ;

Bazilevskaya, G. A. ;

Bellotti, R. ;

Boezio, M. ;

Bogomolov, E. A. ;

Bonechi, L. ;

Bongi, M. ;

Bonvicini, V. ;

Borisov, S. ;

Bottai, S. ;

Bruno, A. ;

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Carlson, P. ;

Casolino, M. ;

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Karelin, A. V. ;

Koldashov, S. V. ;

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Kvashnin, A. N. ;

Leonov, A. ;

Malakhov, V. ;

Malvezzi, V. ;

Marcelli, L. ;

Mayorov, A. G. ;

Menn, W. ;

Mikhailov, V. V. ;

Mocchiutti, E. ;

Monaco, A. ;

Mori, N. ;

Nikonov, N. ;

Osteria, G. ;

Palma, F. ;

Papini, P. ;

Pearce, M. ;

Picozza, P. ;

Pizzolotto, C. ;

Ricci, M. ;

Ricciarini, S. B. .

SCIENCE, 2011, 332 (6025) :69-72

[7] PAMELA Results on the Cosmic-Ray Antiproton Flux from 60 MeV to 180 GeV in Kinetic Energy [J].

Adriani, O. ;

Barbarino, G. C. ;

Bazilevskaya, G. A. ;

Bellotti, R. ;

Boezio, M. ;

Bogomolov, E. A. ;

Bonechi, L. ;

Bongi, M. ;

Bonvicini, V. ;

Borisov, S. ;

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Campana, D. ;

Carbone, R. ;

Carlson, P. ;

Casolino, M. ;

Castellini, G. ;

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De Simone, N. ;

Di Felice, V. ;

Galper, A. M. ;

Gillard, W. ;

Grishantseva, L. ;

Hofverberg, P. ;

Jerse, G. ;

Karelin, A. V. ;

Koldashov, S. V. ;

Krutkov, S. Y. ;

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Leonov, A. ;

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Marcelli, L. ;

Mayorov, A. G. ;

Menn, W. ;

Mikhailov, V. V. ;

Mocchiutti, E. ;

Monaco, A. ;

Mori, N. ;

Nikonov, N. ;

Osteria, G. ;

Papini, P. ;

Pearce, M. ;

Picozza, P. ;

Pizzolotto, C. ;

Ricci, M. ;

Ricciarini, S. B. ;

Rossetto, L. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2010, 105 (12)

[8] An anomalous positron abundance in cosmic rays with energies 1.5-100 GeV [J].

Adriani, O. ;

Barbarino, G. C. ;

Bazilevskaya, G. A. ;

Bellotti, R. ;

Boezio, M. ;

Bogomolov, E. A. ;

Bonechi, L. ;

Bongi, M. ;

Bonvicini, V. ;

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Bruno, A. ;

Cafagna, F. ;

Campana, D. ;

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Casolino, M. ;

Castellini, G. ;

De Pascale, M. P. ;

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De Simone, N. ;

Di Felice, V. ;

Galper, A. M. ;

Grishantseva, L. ;

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Koldashov, S. V. ;

Krutkov, S. Y. ;

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Leonov, A. ;

Malvezzi, V. ;

Marcelli, L. ;

Menn, W. ;

Mikhailov, V. V. ;

Mocchiutti, E. ;

Orsi, S. ;

Osteria, G. ;

Papini, P. ;

Pearce, M. ;

Picozza, P. ;

Ricci, M. ;

Ricciarini, S. B. ;

Simon, M. ;

Sparvoli, R. ;

Spillantini, P. ;

Stozhkov, Y. I. ;

Vacchi, A. ;

Vannuccini, E. ;

Vasilyev, G. ;

Voronov, S. A. ;

Yurkin, Y. T. ;

Zampa, G. ;

Zampa, N. .

NATURE, 2009, 458 (7238) :607-609

[9] New Measurement of the Antiproton-to-Proton Flux Ratio up to 100 GeV in the Cosmic Radiation [J].

Adriani, O. ;

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Bazilevskaya, G. A. ;

Bellotti, R. ;

Boezio, M. ;

Bogomolov, E. A. ;

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Bonvicini, V. ;

Bottai, S. ;

Bruno, A. ;

Cafagna, F. ;

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Casolino, M. ;

Castellini, G. ;

De Pascale, M. P. ;

De Rosa, G. ;

Fedele, D. ;

Galper, A. M. ;

Grishantseva, L. ;

Hofverberg, P. ;

Leonov, A. ;

Koldashov, S. V. ;

Krutkov, S. Y. ;

Kvashnin, A. N. ;

Malvezzi, V. ;

Marcelli, L. ;

Menn, W. ;

Mikhailov, V. V. ;

Minori, M. ;

Mocchiutti, E. ;

Nagni, M. ;

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Papini, P. ;

Pearce, M. ;

Picozza, P. ;

Ricci, M. ;

Ricciarini, S. B. ;

Simon, M. ;

Sparvoli, R. ;

Spillantini, P. ;

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Alberti, G. ;

Alpat, B. ;

Alvino, A. ;

Ambrosi, G. ;

Andeen, K. ;

Anderhub, H. ;

Arruda, L. ;

Azzarello, P. ;

Bachlechner, A. ;

Barao, F. ;

Baret, B. ;

Barrau, A. ;

Barrin, L. ;

Bartoloni, A. ;

Basara, L. ;

Basili, A. ;

Batalha, L. ;

Bates, J. ;

Battiston, R. ;

Bazo, J. ;

Becker, R. ;

Becker, U. ;

Behlmann, M. ;

Beischer, B. ;

Berdugo, J. ;

Berges, P. ;

Bertucci, B. ;

Bigongiari, G. ;

Biland, A. ;

Bindi, V. ;

Bizzaglia, S. ;

Boella, G. ;

de Boer, W. ;

Bollweg, K. ;

Bolmont, J. ;

Borgia, B. ;

Borsini, S. ;

Boschini, M. J. ;

Boudoul, G. ;

Bourquin, M. ;

Brun, P. ;

Buenerd, M. ;

Burger, J. ;

Burger, W. ;

Cadoux, F. ;

Cai, X. D. ;

Capell, M. ;

Casadei, D. ;

Casaus, J. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2013, 110 (14)

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