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
P. Abreu
,
M. Aglietta
,
Justin M. Albury
,
I. Allekotte
,
K. Almeida Cheminant
,
A. Almela
,
R. Aloisio
,
J. Alvarez-Muñiz
,
R. Alves Batista
,
J. Ammerman Yebra
,
G.A. Anastasi
,
L. Anchordoqui
,
B. Andrada
,
S. Andringa
,
C. Aramo
,
P.R. Araújo Ferreira
,
E. Arnone
,
J.C. Arteaga Velázquez
,
H. Asorey
,
P. Assis
,
G. Avila
,
E. Avocone
,
A.M. Badescu
,
A. Bakalova
,
A. Balaceanu
,
F. Barbato
,
Jose A. Bellido
,
C. Berat
(1)
,
M.E. Bertaina
,
G. Bhatta
,
P.L. Biermann
,
V. Binet
,
K. Bismark
,
T. Bister
,
J. Biteau
(2, 3)
,
J. Blazek
,
C. Bleve
(1)
,
J. Blümer
,
M. Boháčová
,
D. Boncioli
,
C. Bonifazi
,
L. Bonneau Arbeletche
,
N. Borodai
,
A.M. Botti
,
J. Brack
,
T. Bretz
,
P. Gabriel Brichetto Orchera
,
F.L. Briechle
,
P. Buchholz
,
A. Bueno
,
S. Buitink
,
M. Buscemi
,
M. Büsken
,
Karen S. Caballero-Mora
,
L. Caccianiga
,
F. Canfora
,
I. Caracas
,
R. Caruso
,
A. Castellina
,
F. Catalani
,
G. Cataldi
,
L. Cazon
,
M. Cerda
,
J.A. Chinellato
,
J. Chudoba
,
L. Chytka
,
Roger W. Clay
,
A.C. Cobos Cerutti
,
R. Colalillo
,
A. Coleman
,
M.R. Coluccia
,
R. Conceição
,
A. Condorelli
,
G. Consolati
,
F. Contreras
,
F. Convenga
,
D. Correia dos Santos
,
C.E. Covault
,
S. Dasso
,
K. Daumiller
,
Bruce R. Dawson
,
Jarryd A. Day
,
Rogerio M. de Almeida
,
J. de Jesús
,
Sijbrand J. de Jong
,
J.R.T. de Mello Neto
,
I. de Mitri
,
J. de Oliveira
,
D. de Oliveira Franco
,
F. de Palma
,
V. de Souza
,
E. de Vito
,
A. del Popolo
,
M. del Río
,
O. Deligny
(2, 3)
,
L. Deval
,
A. Di Matteo
,
M. Dobre
,
C. Dobrigkeit
,
J.C. d'Olivo
,
L.M. Domingues Mendes
,
R.C. dos Anjos
,
M.T. Dova
,
J. Ebr
,
R. Engel
,
I. Epicoco
,
M. Erdmann
,
Carlos O. Escobar
,
A. Etchegoyen
,
H. Falcke
,
J. Farmer
,
G. Farrar
,
A.C. Fauth
,
N. Fazzini
,
F. Feldbusch
,
F. Fenu
,
B. Fick
,
J.M. Figueira
,
A. Filipčič
,
T. Fitoussi
,
T. Fodran
,
T. Fujii
,
A. Fuster
,
C. Galea
,
C. Galelli
,
B. García
,
A.L. Garcia Vegas
,
H. Gemmeke
,
F. Gesualdi
,
A. Gherghel-Lascu
,
P.L. Ghia
(2, 3)
,
U. Giaccari
,
M. Giammarchi
,
J. Glombitza
,
F. Gobbi
,
F. Gollan
,
G. Golup
,
M. Gómez Berisso
,
Primo F. Gómez Vitale
,
J.P. Gongora
,
J.M. González
,
N. González
,
I. Goos
,
D. Góra
,
A. Gorgi
,
M. Gottowik
,
Trent D. Grubb
,
F. Guarino
,
G.P. Guedes
,
E. Guido
,
S. Hahn
,
P. Hamal
,
M.R. Hampel
,
P. Hansen
,
D. Harari
,
Violet M. Harvey
,
A. Haungs
,
T. Hebbeker
,
D. Heck
,
Gary C. Hill
,
C. Hojvat
,
J.R. Hörandel
,
P. Horvath
,
M. Hrabovský
,
T. Huege
,
A. Insolia
,
P.G. Isar
,
P. Janecek
,
Jeffrey A. Johnsen
,
J. Jurysek
,
A. Kääpä
,
K.H. Kampert
,
B. Keilhauer
,
A. Khakurdikar
,
V.V. Kizakke Covilakam
,
H.O. Klages
,
M. Kleifges
,
J. Kleinfeller
,
F. Knapp
,
N. Kunka
,
Bruno L. Lago
,
N. Langner
,
M.A. Leigui de Oliveira
,
V. Lenok
,
A. Letessier-Selvon
(4)
,
I. Lhenry-Yvon
(2, 3)
,
D. Lo Presti
,
L. Lopes
,
R. López
,
L. Lu
,
Q. Luce
,
J.P. Lundquist
,
A. Machado Payeras
,
G. Mancarella
,
D. Mandat
,
Bradley C. Manning
,
J. Manshanden
,
P. Mantsch
,
S. Marafico
(2, 3)
,
F.M. Mariani
,
A.G. Mariazzi
,
Ioana Mariş
,
G. Marsella
,
D. Martello
,
S. Martinelli
,
O. Martínez Bravo
,
M. Mastrodicasa
,
H.J. Mathes
,
J. Matthews
,
G. Matthiae
,
E. Mayotte
,
S. Mayotte
,
P.O. Mazur
,
G. Medina-Tanco
,
D. Melo
,
A. Menshikov
,
S. Michal
,
M.I. Micheletti
,
L. Miramonti
,
S. Mollerach
,
F. Montanet
(1)
,
L. Morejon
,
C. Morello
,
M. Mostafá
,
Ana L. Müller
,
M.A. Muller
,
K. Mulrey
,
R. Mussa
,
M. Muzio
,
Wilson M. Namasaka
,
A. Nasr-Esfahani
,
L. Nellen
,
G. Nicora
,
M. Niculescu-Oglinzanu
,
M. Niechciol
,
D. Nitz
,
I. Norwood
,
D. Nosek
,
V. Novotny
,
L. Nožka
,
A. Nucita
,
L.A. Núñez
,
C. Oliveira
,
M. Palatka
,
J. Pallotta
,
P. Papenbreer
,
G. Parente
,
A. Parra
,
J. Pawlowsky
,
M. Pech
,
Jan Pękala
,
R. Pelayo
,
J. Peña-Rodriguez
,
E.E. Pereira Martins
,
J. Perez Armand
,
C. Pérez Bertolli
,
L. Perrone
,
S. Petrera
,
C. Petrucci
,
T. Pierog
,
M. Pimenta
,
V. Pirronello
,
M. Platino
,
B. Pont
,
M. Pothast
,
P. Privitera
,
M. Prouza
,
A. Puyleart
,
S. Querchfeld
,
J. Rautenberg
,
D. Ravignani
,
M. Reininghaus
,
J. Ridky
,
F. Riehn
,
M. Risse
,
V. Rizi
,
W. Rodrigues de Carvalho
,
J. Rodriguez Rojo
,
Matías J. Roncoroni
,
S. Rossoni
,
M. Roth
,
E. Roulet
,
A.C. Rovero
,
P. Ruehl
,
A. Saftoiu
,
M. Saharan
,
F. Salamida
,
H. Salazar
,
G. Salina
,
J.D. Sanabria Gomez
,
F. Sánchez
,
Edivaldo Moura Santos
,
Eva Santos
,
F. Sarazin
,
R. Sarmento
,
C. Sarmiento-Cano
,
R. Sato
,
P. Savina
,
Christoph M. Schäfer
,
V. Scherini
,
H. Schieler
,
M. Schimassek
,
M. Schimp
,
F. Schlüter
,
D. Schmidt
,
O. Scholten
,
H. Schoorlemmer
,
P. Schovánek
,
Frank G. Schröder
,
J. Schulte
,
T. Schulz
,
S.J. Sciutto
,
M. Scornavacche
,
A. Segreto
,
S. Sehgal
,
Ronald C. Shellard
,
G. Sigl
,
G. Silli
,
O. Sima
,
R. Smau
,
R. Smída
,
P. Sommers
,
Jorge F. Soriano
,
R. Squartini
,
M. Stadelmaier
,
D. Stanca
,
S. Stanič
,
J. Stasielak
,
P. Stassi
(1)
,
A. Streich
,
M. Suárez-Durán
,
T. Sudholz
,
T. Suomijärvi
(2, 3)
,
A. Daniel Supanitsky
,
Z. Szadkowski
,
A. Tapia
,
C. Taricco
,
C. Timmermans
,
O. Tkachenko
,
P. Tobiska
,
Carlos J. Todero Peixoto
,
B. Tomé
,
Z. Torrès
(1)
,
A. Travaini
,
P. Travnicek
,
C. Trimarelli
,
M. Tueros
,
R. Ulrich
,
M. Unger
,
L. Vaclavek
,
M. Vacula
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Jose F. Valdés Galicia
,
L. Valore
,
E. Varela
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A. Vásquez-Ramírez
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D. Veberič
,
C. Ventura
,
Indira D. Vergara Quispe
,
V. Verzi
,
J. Vicha
,
J. Vink
,
S. Vorobiov
,
H. Wahlberg
,
C. Watanabe
,
A.A. Watson
,
A. Weindl
,
L. Wiencke
,
H. Wilczynski
,
D. Wittkowski
,
B. Wundheiler
,
A. Yushkov
,
O. Zapparrata
,
E. Zas
,
D. Zavrtanik
,
M. Zavrtanik
,
L. Zehrer
P. Abreu
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M.E. Bertaina
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Indira D. Vergara Quispe
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V. Verzi
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J. Vicha
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J. Vink
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S. Vorobiov
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H. Wahlberg
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C. Watanabe
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A.A. Watson
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A. Weindl
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L. Wiencke
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H. Wilczynski
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D. Wittkowski
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B. Wundheiler
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A. Yushkov
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O. Zapparrata
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E. Zas
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D. Zavrtanik
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M. Zavrtanik
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L. Zehrer
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Résumé
We investigate instanton-induced decay processes of super-heavy dark matter particles $X$ produced during the inflationary epoch. Using data collected at the Pierre Auger Observatory we derive a bound on the reduced coupling constant of gauge interactions in the dark sector: $\alpha_X^{\rm eff} \lesssim 0.09$, for $10^{10} < M_X/{\rm GeV} < 10^{16}$. We show that this upper limit on $\alpha_X^{\rm eff}$ is complementary to that obtained from the non-observation of tensor modes in the cosmic microwave background.