A white paper on keV sterile neutrino dark matter

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftÜbersichtsartikel (Review)BeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • R. Adhikari - , Jamia Millia Islamia (Autor:in)
  • M. Agostini - , Gran Sasso Science Institute (Autor:in)
  • N. Anh Ky - , Vietnamese Academy of Science and Technology, Vietnam National University, Hanoi (Autor:in)
  • T. Araki - , Saitama University (Autor:in)
  • M. Archidiacono - , Universität Aarhus (Autor:in)
  • M. Bahr - , University of California at Santa Barbara (Autor:in)
  • J. Baur - , Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) (Autor:in)
  • J. Behrens - , Westfälische Wilhelms-Universität Münster (Autor:in)
  • F. Bezrukov - , University of Connecticut (Autor:in)
  • P. S. Bhupal Dev - , University of Manchester (Autor:in)
  • D. Borah - , Indian Institute of Technology Guwahati (Autor:in)
  • A. Boyarsky - , Leiden University (Autor:in)
  • A. De Gouvea - , Northwestern University (Autor:in)
  • C. A.D.S. Pires - , Universidade Federal da Paraíba (Autor:in)
  • H. J. De Vega - , Sorbonne Université (Autor:in)
  • A. G. Dias - , Universidade Federal do ABC (Autor:in)
  • P. Di Bari - , University of Southampton (Autor:in)
  • Z. Djurcic - , Argonne National Laboratory (Autor:in)
  • K. Dolde - , Karlsruher Institut für Technologie (Autor:in)
  • H. Dorrer - , Johannes Gutenberg-Universität Mainz (Autor:in)
  • M. Durero - , Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) (Autor:in)
  • O. Dragoun - , Czech Academy of Sciences (Autor:in)
  • M. Drewes - , Excellence Cluster ORIGINS (Autor:in)
  • G. Drexlin - , Karlsruher Institut für Technologie (Autor:in)
  • Ch E. Düllmann - , Johannes Gutenberg-Universität Mainz, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung (Autor:in)
  • K. Eberhardt - , Johannes Gutenberg-Universität Mainz (Autor:in)
  • S. Eliseev - , Max Planck Institute for Nuclear Physics (Autor:in)
  • C. Enss - , Universität Heidelberg (Autor:in)
  • N. W. Evans - , University of Cambridge (Autor:in)
  • A. Faessler - , Eberhard Karls Universität Tübingen (Autor:in)
  • P. Filianin - , Max Planck Institute for Nuclear Physics (Autor:in)
  • V. Fischer - , Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) (Autor:in)
  • A. Fleischmann - , Universität Heidelberg (Autor:in)
  • J. A. Formaggio - , Massachusetts Institute of Technology (MIT) (Autor:in)
  • J. Franse - , Leiden University (Autor:in)
  • F. M. Fraenkle - , Karlsruher Institut für Technologie (Autor:in)
  • C. S. Frenk - , Durham University (Autor:in)
  • G. Fuller - , University of California at San Diego (Autor:in)
  • L. Gastaldo - , Universität Heidelberg (Autor:in)
  • A. Garzilli - , Leiden University (Autor:in)
  • C. Giunti - , National Institute for Nuclear Physics (Autor:in)
  • F. Glück - , Karlsruher Institut für Technologie, Wigner Research Centre for Physics (Autor:in)
  • M. C. Goodman - , Argonne National Laboratory (Autor:in)
  • M. C. Gonzalez-Garcia - , Stony Brook University (Autor:in)
  • D. Gorbunov - , RAS - Institute for Nuclear Research, Moscow Institute of Physics and Technology (Autor:in)
  • J. Hamann - , University of Sydney (Autor:in)
  • V. Hannen - , Westfälische Wilhelms-Universität Münster (Autor:in)
  • S. Hannestad - , Universität Aarhus (Autor:in)
  • S. H. Hansen - , Universität Kopenhagen (Autor:in)
  • C. Hassel - , Universität Heidelberg (Autor:in)
  • J. Heeck - , Université libre de Bruxelles (ULB) (Autor:in)
  • F. Hofmann - , Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (Autor:in)
  • T. Houdy - , Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Institut de Mecanique Celeste et de Calcul des Ephemerides (Autor:in)
  • A. Huber - , Karlsruher Institut für Technologie (Autor:in)
  • D. Iakubovskyi - , NASU - Bogolyubov Institute for Theoretical Physics, Universität Kopenhagen (Autor:in)
  • A. Ianni - , Laboratorio Subterráneo de Canfranc (Autor:in)
  • A. Ibarra - , Excellence Cluster ORIGINS (Autor:in)
  • R. Jacobsson - , CERN (Autor:in)
  • T. Jeltema - , University of California at Santa Cruz (Autor:in)
  • J. Jochum - , Eberhard Karls Universität Tübingen (Autor:in)
  • S. Kempf - , Universität Heidelberg (Autor:in)
  • T. Kieck - , Johannes Gutenberg-Universität Mainz (Autor:in)
  • M. Korzeczek - , Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Karlsruher Institut für Technologie (Autor:in)
  • V. Kornoukhov - , Alikhanov Institute for Theoretical and Experimental Physics (Autor:in)
  • T. Lachenmaier - , Eberhard Karls Universität Tübingen (Autor:in)
  • M. Laine - , Universität Bern (Autor:in)
  • P. Langacker - , Wigner Research Centre for Physics, Institute for Advanced Study (IAS) (Autor:in)
  • T. Lasserre - , Excellence Cluster ORIGINS, Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Technische Universität München, Institut de Mecanique Celeste et de Calcul des Ephemerides (Autor:in)
  • J. Lesgourgues - , Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (Autor:in)
  • D. Lhuillier - , Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) (Autor:in)
  • Y. F. Li - , CAS - Institute of High Energy Physics (Autor:in)
  • W. Liao - , East China University of Science and Technology (Autor:in)
  • A. W. Long - , The University of Chicago (Autor:in)
  • M. Maltoni - , Universidad Autónoma de Madrid (Autor:in)
  • G. Mangano - , National Institute for Nuclear Physics (Autor:in)
  • N. E. Mavromatos - , King's College London (KCL) (Autor:in)
  • N. Menci - , Osservatorio Astronomico Roma (Autor:in)
  • A. Merle - , Max Planck Institute for Physics (Werner Heisenberg Institute) (Autor:in)
  • S. Mertens - , Lawrence Berkeley National Laboratory, Karlsruher Institut für Technologie (Autor:in)
  • A. Mirizzi - , Università degli Studi di Bari Aldo Moro, National Institute for Nuclear Physics (Autor:in)
  • B. Monreal - , University of California at Santa Barbara (Autor:in)
  • A. Nozik - , RAS - Institute for Nuclear Research, Moscow Institute of Physics and Technology (Autor:in)
  • A. Neronov - , Universität Genf (Autor:in)
  • V. Niro - , Universidad Autónoma de Madrid (Autor:in)
  • Y. Novikov - , RAS - Saint Petersburg Nuclear Physics Institute, St. Petersburg State University (Autor:in)
  • L. Oberauer - , Excellence Cluster ORIGINS (Autor:in)
  • E. Otten - , Johannes Gutenberg-Universität Mainz (Autor:in)
  • N. Palanque-Delabrouille - , Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) (Autor:in)
  • M. Pallavicini - , University of Genoa (Autor:in)
  • V. S. Pantuev - , RAS - Institute for Nuclear Research (Autor:in)
  • E. Papastergis - , University of Groningen (Autor:in)
  • S. Parke - , Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) (Autor:in)
  • S. Pascoli - , Durham University (Autor:in)
  • S. Pastor - , Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) (Autor:in)
  • A. Patwardhan - , University of California at San Diego (Autor:in)
  • A. Pilaftsis - , University of Manchester (Autor:in)
  • D. C. Radford - , Oak Ridge National Laboratory (Autor:in)
  • P. C.O. Ranitzsch - , Westfälische Wilhelms-Universität Münster (Autor:in)
  • O. Rest - , Westfälische Wilhelms-Universität Münster (Autor:in)
  • D. J. Robinson - , University of California at Berkeley (Autor:in)
  • P. S. Rodrigues Da Silva - , Universidade Federal da Paraíba (Autor:in)
  • O. Ruchayskiy - , École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Universität Kopenhagen (Autor:in)
  • N. G. Sanchez - , Institut de Mecanique Celeste et de Calcul des Ephemerides (Autor:in)
  • M. Sasaki - , Eberhard Karls Universität Tübingen (Autor:in)
  • N. Saviano - , Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Durham University (Autor:in)
  • A. Schneider - , Universität Zürich (Autor:in)
  • F. Schneider - , Johannes Gutenberg-Universität Mainz (Autor:in)
  • T. Schwetz - , Karlsruher Institut für Technologie (Autor:in)
  • S. Schönert - , Excellence Cluster ORIGINS (Autor:in)
  • S. Scholl - , Eberhard Karls Universität Tübingen (Autor:in)
  • F. Shankar - , University of Southampton (Autor:in)
  • R. Shrock - , Stony Brook University (Autor:in)
  • N. Steinbrink - , Westfälische Wilhelms-Universität Münster (Autor:in)
  • L. Strigari - , Texas A&M University (Autor:in)
  • F. Suekane - , Tohoku University (Autor:in)
  • B. Suerfu - , Princeton University (Autor:in)
  • R. Takahashi - , Shimane University (Autor:in)
  • N. Thi Hong Van - , Vietnamese Academy of Science and Technology (Autor:in)
  • I. Tkachev - , RAS - Institute for Nuclear Research (Autor:in)
  • M. Totzauer - , Max Planck Institute for Physics (Werner Heisenberg Institute) (Autor:in)
  • Y. Tsai - , University of Maryland, College Park (Autor:in)
  • C. G. Tully - , Princeton University (Autor:in)
  • K. Valerius - , Karlsruher Institut für Technologie (Autor:in)
  • J. W.F. Valle - , Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) (Autor:in)
  • D. Venos - , Czech Academy of Sciences (Autor:in)
  • M. Viel - , Osservatorio Astronomico di Trieste, National Institute for Nuclear Physics (Autor:in)
  • M. Vivier - , Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) (Autor:in)
  • M. Y. Wang - , Texas A&M University (Autor:in)
  • C. Weinheimer - , Westfälische Wilhelms-Universität Münster (Autor:in)
  • K. Wendt - , Johannes Gutenberg-Universität Mainz (Autor:in)
  • L. Winslow - , Massachusetts Institute of Technology (MIT) (Autor:in)
  • J. Wolf - , Karlsruher Institut für Technologie (Autor:in)
  • M. Wurm - , Johannes Gutenberg-Universität Mainz (Autor:in)
  • Z. Xing - , CAS - Institute of High Energy Physics (Autor:in)
  • S. Zhou - , CAS - Institute of High Energy Physics (Autor:in)
  • K. Zuber - , Professur für Kernphysik, Technische Universität Dresden (Autor:in)

Abstract

We present a comprehensive review of keV-scale sterile neutrino Dark Matter, collecting views and insights from all disciplines involved - cosmology, astrophysics, nuclear, and particle physics - in each case viewed from both theoretical and experimental/observational perspectives. After reviewing the role of active neutrinos in particle physics, astrophysics, and cosmology, we focus on sterile neutrinos in the context of the Dark Matter puzzle. Here, we first review the physics motivation for sterile neutrino Dark Matter, based on challenges and tensions in purely cold Dark Matter scenarios. We then round out the discussion by critically summarizing all known constraints on sterile neutrino Dark Matter arising from astrophysical observations, laboratory experiments, and theoretical considerations. In this context, we provide a balanced discourse on the possibly positive signal from X-ray observations. Another focus of the paper concerns the construction of particle physics models, aiming to explain how sterile neutrinos of keV-scale masses could arise in concrete settings beyond the Standard Model of elementary particle physics. The paper ends with an extensive review of current and future astrophysical and laboratory searches, highlighting new ideas and their experimental challenges, as well as future perspectives for the discovery of sterile neutrinos.

Details

OriginalspracheEnglisch
Aufsatznummer025
FachzeitschriftJournal of cosmology and astroparticle physics
Jahrgang2017
Ausgabenummer1
PublikationsstatusVeröffentlicht - 13 Jan. 2017
Peer-Review-StatusJa

Schlagworte

ASJC Scopus Sachgebiete

Schlagwörter

  • Cosmological neutrinos, Dark matter experiments, Dark matter theory, Particle physics - cosmology connection