[論文レビュー] Higgsino and Wino Dark Matter from Q-ball Decay

Masaaki Fujii, Koichi Hamaguchi|arXiv (Cornell University)|Oct 4, 2001

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、Qボソンの遅延崩壊を通じてヒッグスノとウィノに類似した中性ネートロンが、有効な暗黒物質候補として機能しうることを提案している。この過程で生成された最軽い超対称粒子（LSP）同士の対消失が、観測された暗黒物質の残存密度を自然に再現する。これは、標準的なビノに類似した暗黒物質よりも検出可能性の高い代替機構である。

ABSTRACT

We claim that the Higgsino-like and wino-like neutralinos can be good dark matter candidates if they are produced by the late time decay of Q-ball. The late time decays of the Q-balls into these LSP's and subsequent pair annihilations of the LSP's naturally lead to the desired mass density of dark matter. Furthermore, these dark matter can be much more easily detected by the dark-matter search experiments than the standard bino-like dark matter.

研究の動機と目的

• 標準的熱的凍結アウトとは異なる代替の暗黒物質生成メカニズムを探索すること。
• 超対称モデルにおける観測された暗黒物質の残存密度を説明する挑戦に取り組むこと。
• ヒッグスノおよびウィノに類似した中性ネートロンを生成する、Qボソン崩壊を介した遅延時生成メカニズムを提唱すること。
• このような暗黒物質候補が、ビノに類似したLSPよりも直接的および間接的検出実験においてより容易に検出可能であることを示すこと。

提案手法

• Qボソンの遅延時崩壊を、超対称粒子（特に最軽い超対称粒子（LSP）を含む）への崩壊としてモデル化すること。
• Qボソン崩壊生成物から生じるヒッグスノおよびウィノに類似した中性ネートロンの生成量を分析すること。
• 生成されたLSPの対消失を通じて得られる暗黒物質の残存密度を計算すること。
• 宇宙論的観測および暗黒物質検出限界からの制約を適用し、モデルの妥当性を検証すること。
• 直接的および間接的検出実験におけるヒッグスノおよびウィノに類似したLSPとビノに類似したLSPの検出可能性を比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 遅延時におけるQボソン崩壊が、観測された暗黒物質の残存密度を説明するのに十分な量のヒッグスノまたはウィノに類似した中性ネートロンを生成できるか？
• RQ2 LSPの遅延時生成が、宇宙の熱的歴史および宇宙論的制約にどのように影響を与えるか？
• RQ3 LSPがビノに類似したものではなくヒッグスノまたはウィノに類似したものである場合、直接的および間接的暗黒物質検出にどのような意味を持つのか？
• RQ4 Qボソン崩壊が、正しい残存密度を持つ安定な暗黒物質候補を生成する条件は何か？

主な発見

• ヒッグスノおよびウィノに類似した中性ネートロンは、遅延時におけるQボソン崩壊によって十分な量だけ生成可能であり、観測された暗黒物質の残存密度と一致する。
• 生成されたLSPの対消失が、微調整を必要とせず自然に正しい残存密度を再現する。
• これらの暗黒物質候補は、標準的なビノに類似したLSPよりも直接的および間接的検出実験において著しく検出されやすい。
• 特に、実験的制約によってビノに類似したLSPが不適切とされる状況においても、このモデルは熱的凍結アウトの有効な代替手段を提供する。