[論文レビュー] Gluino Coannihilations and Heavy Bino Dark Matter

Stefano Profumo, Carlos E. Yaguna|arXiv (Cornell University)|Feb 19, 2004

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 21

ひとこと要約

本稿では、低温超対称性のシナリオを提案しており、その中で最軽い超対称粒子（LSP）はビノに類する中性ネートロニであり、ほぼ degenerate（簡準）なグルーギノと共崩壊することで、冷たい暗黒物質の観測された残り滓密度を達成する。グルーギノが主な共崩壊相手として果たす役割により、ビノに類するLSP質量に絶対的な上限が課され、一般MSSM内においても宇宙論的および物性論的文脈でこのシナリオが妥当であることが示される。

ABSTRACT

We outline a new low-energy supersymmetry scenario, compatible with all cosmological and phenomenological requirements, where the lightest SUSY particles (LSPs) are a bino-like neutralino and a quasi degenerate gluino. The interplay of the bino nature of the lightest neutralino and of gluino coannihilations yields a relic abundance in the correct range for the LSP to be the main cold dark matter constituent. We show that the gluino is the strongest possible coannihilating partner of a bino-like LSP in the general MSSM, allowing the determination of an absolute upper bound on the mass of a stable, bino-like lightest neutralino. We point out that this scenario may arise in supergravity inspired frameworks with non-universalities both in the gaugino and in the Higgs sector.

研究の動機と目的

• 宇宙論的および物性論的制約と両立する現実的な低温超対称性のシナリオの構築を目的とする。
• 観測された暗黒物質の残り滓密度を達成するためのグルーギノ共崩壊の役割を特定すること。
• 共崩壊効果に基づき、安定でビノに類する最軽いニュートラルノの最大質量を同定すること。
• 非一様なゲージノおよびヒッグス系のパラメータを持つ超対称性に由来するモデルにおけるこのシナリオの妥当性を調査すること。

提案手法

• 一般MSSMの文脈において、ビノに類するLSPとグルーギノの共崩壊過程の相乗的相互作用を分析する。
• 初期宇宙における暗黒物質密度の生成を決定するため、熱的残り滓豊度の計算を用いる。
• 断面積解析を通じて、グルーギノがビノに類するLSPの最強力な共崩壊相手であることを同定する。
• 共崩壊効率に基づき、ビノに類するLSP質量に絶対的な上限を導出する。
• このシナリオが宇宙論的観測および加速器物性論と整合するかを評価する。
• 非一様なゲージノおよびヒッグス系のパラメータを持つ超対称性に由来するフレームワークにおいて、このシナリオがどのように出現するかを検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 共崩壊による観測された残り滓密度を達成しつつ、安定でビノに類する最軽いニュートラルノの最大質量は何か？
• RQ2 ビノに類するLSPと準簡準なグルーギノの共崩壊は、暗黒物質の残り滓豊度にどのように影響を与えるか？
• RQ3 なぜ一般MSSMにおいてグルーギノがビノに類するLSPの最強力な共崩壊相手となるのか？
• RQ4 どのような超対称性に由来するモデルクラスにおいて、この共崩壊シナリオが自然に出現するか？
• RQ5 このシナリオは、グルーギノとビノに類するLSPの間の質量差にどのような制約を課えるか？

主な発見

• 一般MSSMにおいて、グルーギノはビノに類するLSPの最効果的な共崩壊相手であり、LSP質量に最も強い制約を課す。
• ビノに類するLSPと準簡準なグルーギノの共崩壊過程は、観測された暗黒物質の残り滓豊度と整合する。
• この共崩壊メカニズムに基づき、安定でビノに類する最軽いニュートラルノの質量に絶対的な上限が導出された。
• ゲージノおよびヒッグス系の両方における非一様性を特徴とする超対称性に由来するモデルにおいて、このシナリオは妥当である。
• このモデルは、直接的および間接的暗黒物質検出および加速器探索からのすべての宇宙論的および物性論的制約を満たす。
• 準簡準なグルーギノとビノに類するLSPの構成は、微調整なしに正しい暗黒物質の残り滓豊度を自然に実現可能である。