Dark matter self-interactions from a general spin-0 mediator

Dark matter particles interacting via the exchange of very light spin-0 mediators can have large self-interaction rates and obtain their relic abundance from thermal freeze-out. At the same time, these models face strong bounds from direct and indirect probes of dark matter as well as a number of constraints on the properties of the mediator. We investigate whether these constraints can be consistent with having observable effects from dark matter self-interactions in astrophysical systems. For the case of a mediator with purely scalar couplings we point out the highly relevant impact of low-threshold direct detection experiments like CRESST-II, which essentially rule out the simplest realization of this model. These constraints can be significantly relaxed if the mediator has CP-violating couplings, but then the model faces strong constraints from CMB measurements, which can only be avoided in special regions of parameter space.Comment: 20 pages, 5 figures + appendices. v2: Matches published version. v3: fixed typographical mistake in eq. (2.8). v4: fixed typographical mistake in eq. (C.4

On the interpretation of dark matter self-interactions in Abell 3827

Self-interactions of dark matter particles can potentially lead to an observable separation between the dark matter halo and the stars of a galaxy moving through a region of large dark matter density. Such a separation has recently been observed in a galaxy falling into the core of the galaxy cluster Abell 3827. We estimated the DM self-interaction cross section needed to reproduce the observed effects and find that the sensitivity of Abell 3827 has been significantly overestimated in a previous study. Our corrected estimate is $\tilde{\sigma}/m_\text{DM} \sim 3\:\text{cm}^2\:\text{g}^{-1}$ when self-interactions result in an effective drag force and $\sigma/m_\text{DM} \sim 1.5\:\text{cm}^2\:\text{g}^{-1}$ for the case of contact interactions, in some tension with previous upper bounds.Comment: 5 pages, 3 figures; v2: matches published versio

Colliding clusters and dark matter self-interactions

When a dark matter halo moves through a background of dark matter particles, self-interactions can lead to both deceleration and evaporation of the halo and thus shift its centroid relative to the collisionless stars and galaxies. We study the magnitude and time evolution of this shift for two classes of dark matter self-interactions, viz. frequent self-interactions with small momentum transfer (e.g. due to long-range interactions) and rare self-interactions with large momentum transfer (e.g. contact interactions), and find important differences between the two cases. We find that neither effect can be strong enough to completely separate the dark matter halo from the galaxies, if we impose conservative bounds on the self-interaction cross-section. The majority of both populations remain bound to the same gravitational potential and the peaks of their distributions are therefore always coincident. Consequently any apparent separation is mainly due to particles which are leaving the gravitational potential, so will be largest shortly after the collision but not observable in evolved systems. Nevertheless the fraction of collisions with large momentum transfer is an important characteristic of self-interactions, which can potentially be extracted from observational data and provide an important clue as to the nature of dark matter.Comment: 13 pages + appendices, 8 figures, v2: minor corrections, references added - matches published versio

How to save the WIMP: global analysis of a dark matter model with two s-channel mediators

A reliable comparison of different dark matter (DM) searches requires models that satisfy certain consistency requirements like gauge invariance and perturbative unitarity. As a well-motivated example, we study two-mediator DM (2MDM). The model is based on a spontaneously broken $U(1)'$ gauge symmetry and contains a Majorana DM particle as well as two $s$-channel mediators, one vector (the $Z'$) and one scalar (the dark Higgs). We perform a global scan over the parameters of the model assuming that the DM relic density is obtained by thermal freeze-out in the early Universe and imposing a large set of constraints: direct and indirect DM searches, monojet, dijet and dilepton searches at colliders, Higgs observables, electroweak precision tests and perturbative unitarity. We conclude that thermal DM is only allowed either close to an $s$-channel resonance or if at least one mediator is lighter than the DM particle. In these cases a thermal DM abundance can be obtained although DM couplings to the Standard Model are tiny. Interestingly, we find that vector-mediated DM-nucleon scattering leads to relevant constraints despite the velocity-suppressed cross section, and that indirect detection can be important if DM annihilations into both mediators are kinematically allowed.Comment: 30 pages, 9 figures + appendice

Der Skype Translator im Sprachenpaar Katalanisch-Deutsch

Synopsis: Die vorliegende Arbeit widmet sich der Informationsintegration in maschinell übersetzten, mehrsprachigen Textchats am Beispiel des Skype Translators im Sprachenpaar Katalanisch-Deutsch. Der Untersuchung von Textchats dieser Konfiguration wurde sich bislang nur wenig zugewendet. Deshalb wird der zunächst grundlegend explorativ ausgerichteten Forschungsfrage nachgegangen, wie Personen eine maschinell übersetzte Textchat-Kommunikation wahrnehmen, wenn sie nicht der Sprache des Gegenübers mächtig sind. Damit einher geht auch die Untersuchung der Informationsextraktion und -verarbeitung zwischen Nachrichten, die in der eigenen Sprache verfasst wurden, und der Ausgabe der Maschinellen Übersetzung. Zur Erfassung des Nutzungsverhalten im Umgang mit Skype und dem Skype Translator wurde mit einer deutschlandweit an Studierende gesendeten Online-Umfrage gearbeitet. In einer zweiteiligen, naturalistisch orientierten Pilotstudie unter Einsatz des Eye-Trackers wurde das Kommunikationsverhalten von Studierenden mit deutscher Muttersprache einerseits in maschinell vom Skype Translator übersetzten Chats mit katalanischen Muttersprachler·innen und andererseits, als Referenz, in monolingualen, rein deutschsprachigen Chats ohne Skype Translator untersucht. Bei den Teilnehmer·innen an diesen Studien handelt es sich um zwei unabhängige Gruppen. Beide wurden ebenfalls mit Fragebögen zum Nutzungsverhalten und zu den Eindrücken des Skype Translators erfasst. Das sicher überraschendste Ergebnis der Studie ist, dass die Versuchspersonen einen substanziellen Teil der Chatkommunikation auf der MÜ-Ausgabe in beiden beteiligten Sprachen verbringen. Die Untersuchung der Sakkaden und Regressionen deutet auf einen sprunghaften Wechsel zwischen Originalnachricht und MÜ hin. Der Schwerpunkt der Aufmerksamkeit liegt dabei konsequent auf den neusten Nachrichten. Es ist daher anzunehmen, dass die Versuchspersonen die MÜ-Ausgabe aktiv in die Kommunikation miteinbeziehen und wesentliche Informationen zwischen Original und MÜ abzugleichen versuchen

Informationsintegration in mehrsprachigen Textchats

Die vorliegende Arbeit widmet sich der Informationsintegration in maschinell übersetzten, mehrsprachigen Textchats am Beispiel des Skype Translators im Sprachenpaar Katalanisch-Deutsch. Der Untersuchung von Textchats dieser Konfiguration wurde sich bislang nur wenig zugewendet. Deshalb wird der zunächst grundlegend explorativ ausgerichteten Forschungsfrage nachgegangen, wie Personen eine maschinell übersetzte Textchat-Kommunikation wahrnehmen, wenn sie nicht der Sprache des Gegenübers mächtig sind. Damit einher geht auch die Untersuchung der Informationsextraktion und -verarbeitung zwischen Nachrichten, die in der eigenen Sprache verfasst wurden, und der Ausgabe der Maschinellen Übersetzung

Riding the dark matter wave: Novel limits on general dark photons from LISA Pathfinder

We note the possibility to perform a parametrically improved search for gauged baryon (B) and baryon minus lepton ($B-L$) Dark Photon Dark Matter (DPDM) using auxiliary channel data from LISA Pathfinder. In particular we use the measurement of the differential movement between the test masses (TMs) and the space craft (SC) which is nearly as sensitive as the tracking between the two TMs. TMs and SC are made from different materials and therefore have different charge-to-mass ratios for both $B-L$ and B. Thus, the surrounding DPDM field induces a relative acceleration of nearly constant frequency. For the case of $B-L$, we find that LISA Pathfinder can constrain previously unexplored parameter space, providing the world leading limits in the mass range $4\cdot10^{-19}\space{eV}<m<3\cdot10^{-17}\space{eV}$. This limit can easily be recast also for dark photons that arise from gauging other global symmetries of the SM