[論文レビュー] Prospects for Sneutrino Dark Matter in the BLSSM

Luigi Delle Rose, Shaaban Khalil+5 more|arXiv (Cornell University)|Apr 25, 2018

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、B-L超対称標準模型（BLSSM）における右巻きニュートリノの候補としての暗黒物質の可能性を調査し、MSSMと比較して自然で制約のきつい代替案を提供することを示している。BLSSMは、暗黒物質のための有意義なパラメータ空間を著しく拡大しており、とりわけCP奇およびCP偶のニュートリノ崩壊からのガンマ線信号による間接検出が可能である。将来の高エネルギーガンマ線望遠鏡で観測可能である可能性を示している。

ABSTRACT

The $(B-L)$ Supersymmetric Standard Model (BLSSM) motivates several Dark Matter (DM) candidates beyond the Minimally Supersymmetric Standard Model (MSSM). We assess the comparative naturalness of the two models and discuss the potential detection properties of a particular candidate, the Right-Handed (RH) sneutrino.

研究の動機と目的

• ユニバーサルなソフト破れパラメータ下でのMSSMと比較してBLSSMの自然性を評価すること。
• BLSSMフレームワーク内での右巻きニュートリノが暗黒物質候補として妥当であるかを評価すること。
• ニュートリノ暗黒物質の直接的・間接的・コライダー検出の可能性を分析すること。
• 観測された場合にニュートリノ暗黒物質を確認するための特徴的なLHCシグネチャーを同定すること。
• CP偶およびCP奇ニュートリノ状態がガンマ線スペクトルの特徴によって区別可能かどうかを特定すること。

提案手法

• GUTスケールでのソフト破れパラメータ（m₀, m₁/₂, A₀, μ, Bμ）および追加のBLSSMパラメータ（μ′, Bμ′）の変動に対するZボソン質量の感度に基づく微調整（Δ）指標を採用した。
• SPhenoを用いてパラメータ空間スキャンを実施し、LHCのヒッグスデータと整合性を持つようにHiggsBoundsおよびHiggsSignalsによる制約を適用した。
• LHCの二レプトン探索限界を満たすために、Z′ゲージボソンの質量を4 TeVに固定した。
• MadGraphを用いて、モノジェット、Z′崩壊、 Slepton、クォーク対生成によるLHCでのニュートリノ暗黒物質生成断面積をシミュレートした。
• CP偶およびCP奇の両ケースに注目し、ニュートリノの対消滅からの残存密度およびガンマ線スペクトルを計算した。
• 最終状態の光子のスペクトル形状を分析し、ニュートリノの信号と区別可能かどうか、および将来の高エネルギー検出器での観測可能性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 制約付きMSSM（CMSSM）の下で、BLSSMの自然性はMSSMと比べてどうか？
• RQ2 右巻きニュートリノはBLSSMにおける暗黒物質の残存密度にどの程度寄与するか？
• RQ3 CP偶およびCP奇ニュートリノ状態は、ガンマ線スペクトルの特徴によって間接検出で区別可能か？
• RQ4 ニュートリノ暗黒物質の生成と崩壊のためのLHCの主要なシグネチャーは何か？また、現在または近い将来の実験で観測可能か？
• RQ5 BLSSMは、MSSMと比較してより大きな妥当なパラメータ空間を提供できるか？また、すべての現在の実験的制約を満たしているか？

主な発見

• BLSSMはMSSMと同等の微調整レベルを示しており、パラメータ空間の広い領域でΔ < 500であり、自然性の性質が類似していることが示された。
• 右巻きニュートリノは、タイプIのシー・サウスメカニズムが果たす独自の役割のおかげで、MSSMと比較して暗黒物質のための著しく広い妥当なパラメータ空間を提供する。
• ガンマ線による間接検出は有望である：ニュートリノは最大661 GeVの光子を生成でき、現在の実験的上限（約300 GeV）を超えるため、将来の高エネルギー望遠鏡で観測可能である可能性がある。
• CP偶およびCP奇ニュートリノ崩壊からのガンマ線スペクトルは互いに区別できないが、スピンの違い（スカラー対フェルミオン）によってニュートリノの信号とは特徴的に異なる。
• モノジェット、Z′ → ニュートリノ対生成、スlepton対生成、クォーク崩壊といったLHCシグネチャーは、明確な最終状態（例：マルチジェット＋マルチレプトン）を提供するが、断面積は小さい（例：Z′崩壊ではσ ≈ 0.025 fb）。
• スleptonおよびクォーク対生成はより大きな断面積（約0.1 fb）を示し、重いニュートリノを含む崩壊チェーンにより、完全または部分的にレプトンを含む最終状態を形成する。これは特徴的な識別が可能である。