[論文レビュー] Dark matter scenarios in a UV-complete model with Dirac gauginos

Mark D. Goodsell, Manuel E. Krauss+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 3, 2015

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、ゲージノがディラックフェルミオンであり、R対称性の破れが質量スプリングを引き起こし、ニュートラリノを擬似ディラックダークマターに変える、制約付き最小ディラックゲージノ超対称標準模型（CMDGSSM）におけるダークマターの最初の分析を提示する。研究では、ダークマターの残り質量密度、LHCにおける超対称性、直接検出、ヒッグス粒子質量の制約を満たすパラメータ領域を特定し、その多くが次世代の直接検出実験でテスト可能であることが示された。

ABSTRACT

We perform the first analysis of Dark Matter scenarios in a constrained model with Dirac Gauginos. The model under investigation is the Constrained Minimal Dirac Gaugino Supersymmetric Standard model (CMDGSSM) where the Majorana mass terms of gauginos vanish. However, $R$-symmetry is broken in the Higgs sector by an explicit and/or effective $B_\mu$-term. This causes a mass splitting between Dirac states in the fermion sector and the neutralinos, which provide the dark matter candidate, become pseudo-Dirac states. We discuss two scenarios: the universal case with all scalar masses unified at the GUT scale, and the case with non-universal Higgs soft-terms. We identify different regions in the parameter space which fullfil all constraints from the dark matter abundance, the limits from SUSY and direct dark matter searches and the Higgs mass. Most of these points can be tested with the next generation of direct dark matter detection experiments.

研究の動機と目的

• Majorana質量項が禁止される超対称モデルにおけるダークマターのシナリオを調査すること。
• 明示的および／または有効なBμ項によるR対称性の破れがニュートラリノ系に質量スプリングを引き起こし、擬似ディラックダークマターを形成する仕組みを調査すること。
• 残り質量密度、ヒッグス粒子質量、直接検出、LHCにおける超対称性探索の制約下での、妥当なダークマターのパラメータ領域を同定すること。
• 今後の直接検出実験でこれらのダークマター候補がどのようにテスト可能かを評価すること。

提案手法

• ゲージノにMajorana質量項がゼロである制約付き最小ディラックゲージノ超対称標準模型（CMDGSSM）の定式化。
• ヒッグス系に明示的および／または有効なBμ項を導入し、R対称性の破れをもってディラックフェルミオン状態間の質量スプリングを生成すること。
• 2つのシナリオの分析：GUTスケールでのスカラー質量のユニバーサル性を持つ場合と、ヒッグスのソフト項が非ユニバーサルである場合。
• 観測されたダークマターの残り質量密度、測定されたヒッグス粒子質量（125 GeV）、LHCにおける超対称性探索、直接ダークマター検出の限界からの制約の適用。
• すべての制約を満たすパラメータ空間における有効な領域を特定するために、数値的スキャンを実施すること。
• 同定された有効な点について、次世代の直接検出実験の感度範囲を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Bμ項によるR対称性の破れを伴うUV完全モデルにおける、ディラックゲージノを有する有効なダークマターのシナリオは何か？
• RQ2 スカラー質量がユニバーサルか非ユニバーサルかによって、擬似ディラックニュートラリノダークマターの妥当性はどのように変化するか？
• RQ3 どのパラメータ領域が観測されたダークマターの残り質量密度および直接検出・ヒッグス粒子質量の制約を満たすか？
• RQ4 同定されたダークマター候補は、近い将来の直接検出実験で探査可能か？

主な発見

• R対称性の破れがBμ項によって引き起こされることで、モデルは擬似ディラックニュートラリノを有効なダークマター候補として生成する。
• 観測されたダークマターの残り質量密度、125 GeVの測定されたヒッグス粒子質量、LHCにおける超対称性探索の制約を満たすパラメータ領域が存在する。
• 有効な点の大部分は現在の直接検出限界と整合しており、次世代の直接検出実験の感度範囲内に位置している。
• 非ユニバーサルヒッグスソフト項の導入により、ユニバーサルスカラー質量のシナリオでは得られなかった新たなパラメータ領域が開かれる。
• モデルはUV完全であり、すべての主要な物性的制約と整合しており、ダークマターのための説得力あるフレームワークを提供する。