[論文レビュー] Dark Matter in a Constrained NMSSM

C. Hugonie, G. Bélanger+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 4, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 21

ひとこと要約

この論文は、GUTスケール境界条件を仮定した制約付き次に最小の超対称標準模型（CNMSSM）において、リリック密度がWMAPデータと整合する領域を調査する。特に、スイングリン成分が大きい軽い中性ノイザーが、ストークスとその共存化、またはビノ／ヒッグスィノ励起状態との中性ノイザーとの共存化、あるいは低tan⁡βにおけるヒッグス共鳴状態による散乱によって、正しいリリック密度を達成する領域を同定する。これにより、CMSSMフレームワークを超えた、より広い物理的パラメータ空間が得られる。

ABSTRACT

We explore the parameter space of a Constrained Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model with GUT scale boundary conditions (CNMSSM) and find regions where the relic density of the lightest neutralino is compatible with the WMAP measurement. We emphasize differences with the MSSM: cases where annihilation of the LSP occurs via a Higgs resonance at low values of tanβand cases where the LSP has a large singlino component. The particle spectrum as well as theoretical and collider constraints are calculated with NMSSMTools. All neutralino annihilation and coannihilation processes are then computed with micrOMEGAs, taking into account higher order corrections to the Higgs sector.

研究の動機と目的

• GUTスケール境界条件を仮定した制約付き次に最小の超対称標準模型（CNMSSM）における、物理的ダークマターパラメータ空間の探索を目的とする。
• 軽い中性ノイザーのリリック密度がWMAP測定値と整合する領域を同定すること、特にビノ成分が支配的でないLSPに焦点を当てる。
• スイングリン成分とヒッグス共鳴状態による散乱が、CNMSSMにおけるダークマターのリリック密度に与える影響を検討すること。
• ストークス、ビノ、または混合ビノヒッグスィノ励起状態を伴う共存化過程が、スイングリンLSPシナリオにおけるリリック密度に与える影響を評価すること。
• CNMSSMの予測をCMSSMと比較し、拡張されたヒッグスおよび中性ノイザー系がもたらす新しい物性的領域を強調すること。

提案手法

• NMSSMToolsを用いて、ヒッグス系の高次補正および理論的・加速器実験的制約を含む超対称粒子スペクトルを計算する。
• micrOMEGAsを用いて、すべての中性ノイザー散乱および共存化過程を含むリリック密度を計算する。
• GUTスケールから始まる統合方程式（RGEs）を用いて、スパートクルの質量およびヒッグス系の性質を決定する。
• GUTスケールで半ユニバーサルなソフト対称性破れパラメータを導入し、A₀、Aκ、λ、tan⁡β、M₁/₂の特定値を設定する。
• λ、tan⁡β、A₀、Aκを固定したm₀–M₁/₂平面におけるパラメータ空間を分析し、スイングリンLSPまたはヒッグス共鳴状態散乱が支配する領域に焦点を当てる。
• 符号(μ) > 0および符号(μ) < 0の両方のシナリオを検討したが、結果に顕著な差がないため、本分析では符号(μ) > 0を仮定している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CNMSSMにおけるスイングリン支配の軽い中性ノイザーは、WMAP測定値と整合するリリック密度を達成できるか？
• RQ2 ストークス、ビノ、または混合ビノヒッグスィノ励起状態を伴う共存化過程が、スイングリンLSPにおける正しいリリック密度を達成するために果たす役割は何か？
• RQ3 CNMSSMのパラメータ空間のどの領域で、重いH/Aスカラー／フェルミオン状態を介したヒッグス共鳴状態散乱が、低tan⁡βにおいて物理的で妥当なダークマターのリリック密度をもたらすか？
• RQ4 NMSSMにおけるシングレット場の導入は、CMSSMと比較して、物理的ダークマターのパラメータ空間にどのような変化をもたらすか？
• RQ5 理論的および加速器物理学的制約は、特にλが小さくm₀が大きい場合に、CNMSSMのパラメータ空間にどのような制限を課えるか？

主な発見

• λ ≲ 0.01の場合、スイングリンLSPがWMAPと整合するリリック密度に達するのは、低m₀ではストークスNLSPとの共存化、高m₀（m₀ ≳ 5 TeV）ではビノ／ヒッグスィノNLSPとの共存化による場合に限られる。
• 低m₀領域では、質量差が≤ 3 GeVである限り、スイングリンLSPとストークスNLSPの共存化が、WMAPの上限を超えないリリック密度を保証する。
• M₁/₂ ≈ 600 GeVで、400 GeV ≤ m₀ ≤ 1000 GeVの範囲では、スイングリンLSPが重いH/Aスカラー／フェルミオン共鳴状態を介して迅速に散乱するビノNLSPと共存化する。
• 高m₀領域では、スイングリンLSPが混合ビノヒッグスィノNLSPと共存化し、そのNLSP自身がH/A共鳴状態またはWペアチャネルを介して効率的に散乱する。
• WMAPと整合するスイングリンLSP領域は、理論的に除外される領域にまで拡張されない。これは、非常に高いm₀でLSPがヒッグスィノに近づくためである。
• λ ≳ 0.1の場合、任意のtan⁡βで追加のペシスカラースイングリン共鳴状態が可能であるが、フェルミオンへの結合が抑制されるため、tan⁡βが大きくない限り、観測不能である可能性がある。