[論文レビュー] Effect of SUSY-QCD corrections to neutralino annihilation on the cold dark matter relic density in the Higgs funnel

Björn Herrmann|ArXiv.org|Sep 14, 2007

Dark Matter and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、mSUGRAモデルのA-funnel領域において、中性ノイザー対が偽スカラー・ヒッグス粒子を通じてバリオンクォークへ散乱する過程におけるQCDおよびSUSY-QCD補正の完全な計算を提示する。これらの補正、特にSUSY-QCD寄与が、最大40％まで散乱断面積を著しく減少させることを示しており、予測される冷たい暗黒物質の残存密度に影響を与え、m₀–m₁/₂平面における好ましいパラメータ領域を質量で最大2倍までシフトさせる。このため、宇宙論的解析に組み込む必要がある。

ABSTRACT

We present a complete calculation of the QCD and SUSY-QCD corrections to neutralino pair annihilation into bottom quark-antiquark pairs through exchange of a pseudoscalar Higgs boson, which is the dominant process in the cosmological A-funnel region of the mSUGRA model. We present numerical predictions for the annihilation cross section and discuss the influence of the correction terms on the cold dark matter relic density with respect to recent cosmological data.

研究の動機と目的

• mSUGRAのA-funnel領域における中性ノイザー対が偽スカラー・ヒッグス粒子を通じてb̄bへ散乱する過程における、QCDおよびSUSY-QCD補正の完全セットを計算すること。
• 最近の宇宙論的データを踏まえた、予測される冷たい暗黒物質の残存密度Ω_CDMh²へのこれらの補正の影響を評価すること。
• これらの補正が、mSUGRAモデルにおける中性ノイザー暗黒物質の好ましいパラメータ空間を著しく変化させるかどうかを評価すること。
• これらの完全な補正をDarkSUSYコードに実装し、低次のQCD補正のみを含む既存のツール（例：micrOMEGAs）と比較すること。

提案手法

• 過程χχ → A⁰ → b̄bに対するすべての一次元（LO）および次次元（NLO）QCDおよびSUSY-QCD補正を計算する。
• Majorana初期状態の反対称化を適切に処理し、フェルミオンの両方向に√2の因子を含める。
• 中心対象系エネルギーs ≈ 4m_χ²(1 + v²/4)の非相対論的展開を用いて、有効断面積σ_effvを導出する。
• ヒッグス伝播子には全幅効果を含め、QCD補正を反映させるためにボトムクォーク質量を走行質量m_b(s)に置き換える。
• O(α_s)およびO(α_s³)のSUSY-QCD補正を、チョリャンゴやニュートラルノイザーを含む自己エネルギー、頂点、ボックス図を含めて計算する。
• 結果をDarkSUSYパッケージに実装し、残存密度Ω_CDMh²を計算し、観測制約と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 QCDおよびSUSY-QCD補正は、mSUGRAのヒッグス・ファンネル領域における中性ノイザー散乱断面積にどのように影響を与えるか？
• RQ2 これらの補正は、一次元計算と比較して、予測される冷たい暗黒物質の残存密度Ω_CDMh²にどの程度の影響を与えるか？
• RQ3 補正はμおよびtanβの符号にどのように依存するか、特にA-funnel領域においては？
• RQ4 高次のQCDおよびSUSY-QCD補正を含めることで、中性ノイザー暗黒物質の好ましいm₀–m₁/₂パラメータ空間にどのような影響を与えるか？
• RQ5 スペクトル生成器（SPheno/FeyHiggs と ISAJET）の違いが、共鳴条件2m_χ = m_Aおよびそれによる残存密度にどのような影響を与えるか？

主な発見

• QCD補正は、主に走行ボトムクォーク質量m_b(s)のおかげで、散乱断面積を約2倍に減少させる。
• トップクォークループ寄与は無視できるほど小さく、tanβ > 40で補正因子に10⁻⁵未満の寄与しか与えない。
• SUSY-QCD補正は、μ < 0の場合に最大40％、μ > 0の場合に最大10％の断面積減少を引き起こし、質量正規化におけるμの符号がその差を決定づけている。
• 完全な補正により、好ましいm₀–m₁/₂パラメータ空間が質量で最大2倍までシフトし、大きなtanβを持つ領域は散乱断面積の低下を補うために低質量側に移動する。
• ヒッグス幅および散乱振幅への同時補正のおかげで、Ω_CDMh²の最小値が共鳴条件2m_χ = m_Aにずれる。
• スペクトル生成器（SPheno/FeyHiggs と ISAJET）の差による共鳴条件のずれは存在するが、SUSY-QCD補正の効果はモデルに依存せず、一貫して顕著で重要である。