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Refined relic abundance calculations for thermal and non-thermal Dark Matter

公募研究

研究領域ダークマターの正体は何か?- 広大なディスカバリースペースの網羅的研究
研究課題/領域番号 21H05452
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅱ)
研究機関東京大学

研究代表者

Binder Tobias  東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 特任研究員 (30847009)

研究期間 (年度) 2021-09-10 – 2023-03-31
研究課題ステータス 採択後辞退 (2022年度)
配分額 *注記
2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワードDark Matter / relic abundance / bound-state formation / thermal field theory / Dark Matter abundance
研究開始時の研究の概要

The prediction of the relic abundance for freeze-in scenarios beyond kinetic equilibrium, and heavy WIMPs featuring long-range forces is poorly understood. We study both scenarios by extending the public dark matter relic abundance code DRAKE.

研究実績の概要

The research purpose, as summarized in the proposal document "Refined relic abundance calculations for thermal and non-thermal Dark Matter" (March, 2021), was to explore theoretical uncertainties in the Dark Matter relic abundance prediction. In summary, the main research targets for the proposed topic about heavy WIMP production have been achieved in FY2021.

In particular, the research about Dark Matter bound state formation inside the early Universe plasma has been fruitful. The proposed (zero and finite temperature) next-to-leading order (NLO) computation of a non-abelian electric field correlator is completed and the results are published in a journal. Gauge invariance, collinear and infrared finiteness were proven. The main result in form of one-integral expressions can be used to study thermal corrections to singlet-adjoint pair transitions.

In a separate work, currently submitted to a journal, we studied an effective treatment of the coupled Boltzmann equations for an arbitrary number of bound states (and transitions). The result can straightforwardly be implemented into public relic density solvers such as DRAKE. As a part of the results, limiting expressions are also provided to bracket the impact of bound state transitions on the relic abundance without the need of computing any of those.

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

報告書

(1件)
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (2件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件)

  • [雑誌論文] Non-Abelian electric field correlator at NLO for dark matter relic abundance and quarkonium transport2022

    • 著者名/発表者名
      Binder Tobias、Mukaida Kyohei、Scheihing-Hitschfeld Bruno、Yao Xiaojun
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 01 (2022) 137 号: 1 ページ: 137-137

    • DOI

      10.1007/jhep01(2022)137

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Saha equilibrium for metastable bound states and dark matter freeze-out2021

    • 著者名/発表者名
      Tobias Binder, Anastasiia Filimonova, Kalliopi Petraki, and Graham White
    • 雑誌名

      Arxiv: 2112.00042

      巻: -

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際共著

URL: 

公開日: 2021-10-22   更新日: 2022-12-28  

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