[論文レビュー] Impact of leptonic unitary and DM direct detection experiments on sneutrino DM sector in the NMSSM with inverse seesaw mechanism

Junjie Cao, Yangle He+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 81被引用数 2

ひとこと要約

本稿は、逆カスプ型の見せかけのニュートリノを次に最小限の超対称的標準模型（NMSSM）におけるダークマター（DM）候補として調査し、レプトンのユニタリティ制約および直接的DM検出（XENON-1Tと将来のLZ）の制約を用いる。ネストド・サブセット法を用いてパラメータ空間を走査し、実験的制約を尤度関数に組み込むことで、これらの制約が相補的であり、特にDMが軽く弱く相互作用する領域では、ニュートリノのヤコビ係数 $λ_u$ と $Y_u$ がきわめて厳密に制約されることを示している。

ABSTRACT

In the Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model with inverse seesaw mechanism for neutrino mass, the lightest sneutrino may act as a feasible DM candidate in broad parameter space. In this case, the smallness of the unitary violation in neutrino sector and the recent XENON-1T experiment are able to limit the DM sector, especially they can set upper bounds on neutrino Yukawa couplings $\lambda_ u$ and $Y_ u$. We study such an effect by encoding the constraints in a likelihood function and then performing elaborated scans over the vast parameter space of the theory by Nested Sampling algorithm. We show that the constraints are complementary to each other in limiting the theory, and in some cases they are rather tight. We also study the impact of future LZ experiment on the theory.

研究の動機と目的

• 逆カスプ型の見せかけのニュートリノが、逆カスプ型の見せかけのニュートリノを含むNMSSMにおけるダークマター候補として実現可能かどうかを評価すること。
• レプトンのユニタリティと直接的検出実験（XENON-1T）からの制約が、見せかけのニュートリノDMセクターのパラメータ空間に与える影響を評価すること。
• ユニタリティと直接的検出の制約が、ニュートリノのヤコビ係数 $λ_u$ と $Y_u$ を制限する際にどのように相補的であるかを調査すること。
• 将来のLZ実験が、見せかけのニュートリノDMモデルの理論的制約に与える影響を予測すること。

提案手法

• 逆カスプ型の見せかけのニュートリノを含むNMSSMの高次元パラメータ空間を網羅的に走査するため、ネストド・サブセット法を用いる。
• レプトンのユニタリティとXENON-1T直接検出からの実験的制約を尤度関数に組み込み、ベイズ的推論を実施する。
• 尤度関数を用いてパラメータ空間を重み付け・制約し、特に見せかけのニュートリノDM候補とその結合定数に注目する。
• ユニタリティの上限と直接的検出の限界の相互作用を分析し、$λ_u$ と $Y_u$ に対する両者の統合的制約力の強さを評価する。
• LZ実験からの期待される制約をシミュレートすることで、将来の感度を予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 レプトンのユニタリティ制約とXENON-1T直接検出データは、逆カスプ型の見せかけのニュートリノを含むNMSSMにおける見せかけのニュートリノDMのパラメータ空間をどのように共同で制限するか？
• RQ2 ユニタリティとXENON-1Tデータの組み合わせによって、ニュートリノのヤコビ係数 $λ_u$ と $Y_u$ はどの程度制限されるか？
• RQ3 これらの制約が特にきついパラメータ空間の領域はどこか？
• RQ4 ユニタリティの制約と比較して、XENON-1Tの制約は強度と相補性の観点でどのように異なるか？
• RQ5 将来のLZ実験により、見せかけのニュートリノDMセクターを調べる感度はどの程度向上するか？

主な発見

• レプトンのユニタリティとXENON-1Tの制約は相補的であり、見せかけのニュートリノDM候補の実現可能なパラメータ空間を顕著に縮小する。
• 多くのパラメータ空間の領域、特に軽量の見せかけのニュートリノDMの領域では、統合された制約がニュートリノのヤコビ係数 $λ_u$ と $Y_u$ に対してきつい上限を設定する。
• XENON-1Tの結果は、見せかけのニュートリノDMとクォークの結合に対して強い制限を課し、特に $Y_u$ 結合定数を強く制限する。
• ネストド・サブセット法は、パラメータ空間で最も制約が厳しい領域を的確に特定・定量化でき、$λ_u$ と $Y_u$ がDMの物性に与える影響を浮き彫りにした。
• 将来のLZ実験により、特に低質量のDM領域において、$λ_u$ と $Y_u$ の制約がさらに厳しくなると予想される。