Back to Search Start Over

Limits to gauge coupling in the dark sector set by the non-observation of instanton-induced decay of Super-Heavy Dark Matter in the Pierre Auger Observatory data

Authors :
The Pierre Auger Collaboration
Abreu, P.
Aglietta, M.
Albury, J. M.
Allekotte, I.
Cheminant, K. Almeida
Almela, A.
Alvarez-Muñiz, J.
Batista, R. Alves
Yebra, J. Ammerman
Anastasi, G. A.
Anchordoqui, L.
Andrada, B.
Andringa, S.
Aramo, C.
Ferreira, P. R. Araújo
Arnone, E.
Velázquez, J. C. Arteaga
Asorey, H.
Assis, P.
Avila, G.
Avocone, E.
Badescu, A. M.
Bakalova, A.
Balaceanu, A.
Barbato, F.
Bellido, J. A.
Berat, C.
Bertaina, M. E.
Bhatta, G.
Biermann, P. L.
Binet, V.
Bismark, K.
Bister, T.
Biteau, J.
Blazek, J.
Bleve, C.
Blümer, J.
Boháčová, M.
Boncioli, D.
Bonifazi, C.
Arbeletche, L. Bonneau
Borodai, N.
Botti, A. M.
Brack, J.
Bretz, T.
Orchera, P. G. Brichetto
Briechle, F. L.
Buchholz, P.
Bueno, A.
Buitink, S.
Buscemi, M.
Büsken, M.
Caballero-Mora, K. S.
Caccianiga, L.
Canfora, F.
Caracas, I.
Caruso, R.
Castellina, A.
Catalani, F.
Cataldi, G.
Cazon, L.
Cerda, M.
Chinellato, J. A.
Chudoba, J.
Chytka, L.
Clay, R. W.
Cerutti, A. C. Cobos
Colalillo, R.
Coleman, A.
Coluccia, M. R.
Conceição, R.
Condorelli, A.
Consolati, G.
Contreras, F.
Convenga, F.
Santos, D. Correia dos
Covault, C. E.
Dasso, S.
Daumiller, K.
Dawson, B. R.
Day, J. A.
de Almeida, R. M.
de Jesús, J.
de Jong, S. J.
Neto, J. R. T. de Mello
De Mitri, I.
de Oliveira, J.
Franco, D. de Oliveira
de Palma, F.
de Souza, V.
De Vito, E.
Del Popolo, A.
del Río, M.
Deligny, O.
Deval, L.
di Matteo, A.
Dobre, M.
Dobrigkeit, C.
D'Olivo, J. C.
Mendes, L. M. Domingues
Anjos, R. C. dos
Dova, M. T.
Ebr, J.
Engel, R.
Epicoco, I.
Erdmann, M.
Escobar, C. O.
Etchegoyen, A.
Falcke, H.
Farmer, J.
Farrar, G.
Fauth, A. C.
Fazzini, N.
Feldbusch, F.
Fenu, F.
Fick, B.
Figueira, J. M.
Filipčič, A.
Fitoussi, T.
Fodran, T.
Fujii, T.
Fuster, A.
Galea, C.
Galelli, C.
García, B.
Vegas, A. L. Garcia
Gemmeke, H.
Gesualdi, F.
Gherghel-Lascu, A.
Ghia, P. L.
Giaccari, U.
Giammarchi, M.
Glombitza, J.
Gobbi, F.
Gollan, F.
Golup, G.
Berisso, M. Gómez
Vitale, P. F. Gómez
Gongora, J. P.
González, J. M.
González, N.
Goos, I.
Góra, D.
Gorgi, A.
Gottowik, M.
Grubb, T. D.
Guarino, F.
Guedes, G. P.
Guido, E.
Hahn, S.
Hamal, P.
Hampel, M. R.
Hansen, P.
Harari, D.
Harvey, V. M.
Haungs, A.
Hebbeker, T.
Heck, D.
Hill, G. C.
Hojvat, C.
Hörandel, J. R.
Horvath, P.
Hrabovský, M.
Huege, T.
Insolia, A.
Isar, P. G.
Janecek, P.
Johnsen, J. A.
Jurysek, J.
Kääpä, A.
Kampert, K. H.
Keilhauer, B.
Khakurdikar, A.
Covilakam, V. V. Kizakke
Klages, H. O.
Kleifges, M.
Kleinfeller, J.
Knapp, F.
Kunka, N.
Lago, B. L.
Langner, N.
de Oliveira, M. A. Leigui
Lenok, V.
Letessier-Selvon, A.
Lhenry-Yvon, I.
Presti, D. Lo
Lopes, L.
López, R.
Lu, L.
Luce, Q.
Lundquist, J. P.
Payeras, A. Machado
Mancarella, G.
Mandat, D.
Manning, B. C.
Manshanden, J.
Mantsch, P.
Marafico, S.
Mariani, F. M.
Mariazzi, A. G.
Mariş, I. C.
Marsella, G.
Martello, D.
Martinelli, S.
Bravo, O. Martínez
Mastrodicasa, M.
Mathes, H. J.
Matthews, J.
Matthiae, G.
Mayotte, E.
Mayotte, S.
Mazur, P. O.
Medina-Tanco, G.
Melo, D.
Menshikov, A.
Michal, S.
Micheletti, M. I.
Miramonti, L.
Mollerach, S.
Montanet, F.
Morejon, L.
Morello, C.
Mostafá, M.
Müller, A. L.
Muller, M. A.
Mulrey, K.
Mussa, R.
Muzio, M.
Namasaka, W. M.
Nasr-Esfahani, A.
Nellen, L.
Nicora, G.
Niculescu-Oglinzanu, M.
Niechciol, M.
Nitz, D.
Norwood, I.
Nosek, D.
Novotny, V.
Nožka, L.
Nucita, A
Núñez, L. A.
Oliveira, C.
Palatka, M.
Pallotta, J.
Papenbreer, P.
Parente, G.
Parra, A.
Pawlowsky, J.
Pech, M.
Pękala, J.
Pelayo, R.
Peña-Rodriguez, J.
Martins, E. E. Pereira
Armand, J. Perez
Bertolli, C. Pérez
Perrone, L.
Petrera, S.
Petrucci, C.
Pierog, T.
Pimenta, M.
Pirronello, V.
Platino, M.
Pont, B.
Pothast, M.
Privitera, P.
Prouza, M.
Puyleart, A.
Querchfeld, S.
Rautenberg, J.
Ravignani, D.
Reininghaus, M.
Ridky, J.
Riehn, F.
Risse, M.
Rizi, V.
de Carvalho, W. Rodrigues
Rojo, J. Rodriguez
Roncoroni, M. J.
Rossoni, S.
Roth, M.
Roulet, E.
Rovero, A. C.
Ruehl, P.
Saftoiu, A.
Saharan, M.
Salamida, F.
Salazar, H.
Salina, G.
Gomez, J. D. Sanabria
Sánchez, F.
Santos, E. M.
Santos, E.
Sarazin, F.
Sarmento, R.
Sarmiento-Cano, C.
Sato, R.
Savina, P.
Schäfer, C. M.
Scherini, V.
Schieler, H.
Schimassek, M.
Schimp, M.
Schlüter, F.
Schmidt, D.
Scholten, O.
Schoorlemmer, H.
Schovánek, P.
Schröder, F. G.
Schulte, J.
Schulz, T.
Sciutto, S. J.
Scornavacche, M.
Segreto, A.
Sehgal, S.
Shellard, R. C.
Sigl, G.
Silli, G.
Sima, O.
Smau, R.
Šmída, R.
Sommers, P.
Soriano, J. F.
Squartini, R.
Stadelmaier, M.
Stanca, D.
Stanič, S.
Stasielak, J.
Stassi, P.
Streich, A.
Suárez-Durán, M.
Sudholz, T.
Suomijärvi, T.
Supanitsky, A. D.
Szadkowski, Z.
Tapia, A.
Taricco, C.
Timmermans, C.
Tkachenko, O.
Tobiska, P.
Peixoto, C. J. Todero
Tomé, B.
Torrès, Z.
Travaini, A.
Travnicek, P.
Trimarelli, C.
Tueros, M.
Ulrich, R.
Unger, M.
Vaclavek, L.
Vacula, M.
Galicia, J. F. Valdés
Valore, L.
Varela, E.
Vásquez-Ramírez, A.
Veberič, D.
Ventura, C.
Quispe, I. D. Vergara
Verzi, V.
Vicha, J.
Vink, J.
Vorobiov, S.
Wahlberg, H.
Watanabe, C.
Watson, A. A.
Weindl, A.
Wiencke, L.
Wilczyński, H.
Wittkowski, D.
Wundheiler, B.
Yushkov, A.
Zapparrata, O.
Zas, E.
Zavrtanik, D.
Zavrtanik, M.
Zehrer, L.
Aloisio, R.
Source :
Phys.Rev.Lett. 130 (2023) 6, 061001
Publication Year :
2022

Abstract

Instantons, which are non-perturbative solutions to Yang-Mills equations, provide a signal for the occurrence of quantum tunneling between distinct classes of vacua. They can give rise to decays of particles otherwise forbidden. Using data collected at the Pierre Auger Observatory, we search for signatures of such instanton-induced processes that would be suggestive of super-heavy particles decaying in the Galactic halo. These particles could have been produced during the post-inflationary epoch and match the relic abundance of dark matter inferred today. The non-observation of the signatures searched for allows us to derive a bound on the reduced coupling constant of gauge interactions in the dark sector: $\alpha_X \lesssim 0.09$, for $10^{9} \lesssim M_X/{\rm GeV} < 10^{19}$. Conversely, we obtain that, for instance, a reduced coupling constant $\alpha_X = 0.09$ excludes masses $M_X \gtrsim 3\times 10^{13}~$GeV. In the context of dark matter production from gravitational interactions alone, we illustrate how these bounds are complementary to those obtained on the Hubble rate at the end of inflation from the non-observation of tensor modes in the cosmological microwave background.<br />Comment: 9 pages, 3 figures, accepted for publication in Phys. Rev. Lett

Details

Database :
arXiv
Journal :
Phys.Rev.Lett. 130 (2023) 6, 061001
Publication Type :
Report
Accession number :
edsarx.2203.08854
Document Type :
Working Paper
Full Text :
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.061001