[論文レビュー] R-parity violation in split supersymmetry and neutralino dark matter: to be or not to be

Sudhir Kumar Gupta, Partha Konar+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 26, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、R対称性を破るスプリット超対称性を調査し、高止むクォーク・スlepton質量のもとでも、最軽い中性ノーが宇宙論的に安定であり、ダークマター候補として成立することを示している。2つの崩壊状況—非可視崩壊またはずらされた頂点—を特定し、この枠組みにおいてバリオン数およびレプトン数の破れ制約が顕著に緩和されることを示している。

ABSTRACT

In the recently proposed `split supersymmetry' scenario, the squark and slepton masses are allowed to be at a high scale while the gauginos and Higgsinos are within a TeV. We show that in a theory with broken R-parity, the parameter space of such a scenario allows a situation where the lightest neutralino is still stable on the cosmological scale and can be a dark matter candidate. We also separate the cases where (a) it may be invisible but not a dark matter candidate, or (b) it may decay showing a displaced vertex. It is also emphasized how the constraint on the simultaneous violation of baryon and lepton numbers gets relaxed in this scenario.

研究の動機と目的

• R対称性が破れているスプリット超対称性における最軽い中性ノーが、宇宙論的時間スケールで安定なダークマター候補として残るかどうかを検討すること。
• 中性ノーが非可視に崩壊するか、ずらされた頂点を生成するかという状況を分類すること。
• R対称性の破れが、スプリット超対称性フレームワーク内での同時に成立するバリオン数およびレプトン数の破れに関する制約に与える影響を評価すること。

提案手法

• 高止むクォーク・スlepton質量を有するスプリット超対称性モデルにおける中性ノー質量スケジュールおよびR対称性を破るカップリングを分析すること。
• 最軽い中性ノーの崩壊幅および寿命を評価し、それが検出器内ですでに崩壊するか、安定なまま残るかを特定すること。
• 有効場理論の技術を用いてR対称性を破る相互作用をモデル化し、その物性的結果を検討すること。
• 宇宙論的および加速器の制約を適用して、安定、非可視、ずらされた頂点の崩壊状況を区別すること。
• スプリット超対称性フレームワーク下でのR対称性を破るカップリングの許容パラメータ領域を比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 R対称性を破るスプリット超対称性において、最軽い中性ノーは宇宙論的時間スケールで安定に保たれるか？
• RQ2 中性ノーが非可視に崩壊するのではなく、ずらされた頂点を生成する条件は何か？
• RQ3 スプリット超対称性フレームワークは、同時に成立するバリオン数およびレプトン数の破れに関する制約をどのように緩和するか？
• RQ4 この状況におけるR対称性を破る中性ノーの崩壊の物性的シグネチャは何か？
• RQ5 クォークおよびレプトンの質量は、中性ノーがダークマター候補として成立する上でどのように影響を与えるか？

主な発見

• 最軽い中性ノーは、宇宙論的時間スケールで安定であり得るため、R対称性の破れがあっても、有効なダークマター候補として成立する。
• 2つの明確な崩壊状況が生じる：中性ノーはR対称性を破るカップリングの強さに応じて、非可視に崩壊するか、ずらされた頂点を生成する。
• 同時に成立するバリオン数およびレプトン数の破れに関する制約が、スプリット超対称性フレームワークにおいて顕著に緩和される。
• このモデルは、高止むクォークおよびスlepton質量のもとでも、安定な中性ノーのダークマター候補を許容し、TeVスケールのゲージノーおよびヒッグスイノー領域の自然性を保っている。
• R対称性を破る崩壊の物性的性質は、ゲージノーとヒッグスイノーの質量の階層およびR対称性を破るカップリングの構造に敏感に依存する。