[論文レビュー] Radiative corrections to neutralino annihilation: Recent developments

Björn Herrmann|arXiv (Cornell University)|Nov 30, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 16被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、MSSM 内の中性ノ対が第三世代クォークへ崩壊する過程におけるQCD補正の完全な次-leading-order (NLO) 計算を提示し、リリック密度予測を顕著に改善している。特に、仮想および実のグルーオン放出に起因する αₛ 補正を含めることで、A-Funnel領域において予測されるダークマター質量が最大50 GeVまでシフトすることが示され、これにより近い将来の PLANCK データによる精度の高い宇宙論的制約において、これらの補正が極めて重要な役割を果たすことが明らかになった。

ABSTRACT

Evaluating the relic density of dark matter is an interesting possibility to constrain the parameter space of new physics models. However, this calculation is affected by several sources of uncertainty. On the particle physics side, considerable progress has been made in the recent years concerning the calculation of the annihilation cross-section of dark matter, which is needed in this context. In particular, within the Minimal Supersymmetric Standard Model, the theoretical uncertainty has been reduced through the calculation of loop corrections. The present contribution gives an overview over the achievements that have been made in QCD corrections to neutralino pair annihilation. The numerical impact is illustrated for a few examples.

研究の動機と目的

• 次-leading-order QCD 補正を含めることで、中性ノリリック密度計算における理論的不確実性を低減すること。
• A-Funnel やフォーカスポoin領域などの主要な MSSM スケナリオにおける、αₛ 補正が断面積に与える数値的影響を定量化すること。
• micrOMEGAs や DarkSUSY といった公開ツールへのこれらの補正の実装を進め、超対称モデル解析における広範な利用を可能にすること。
• これらの補正が現在の WMAP データの不確実性や将来の PLANCK 測定精度と比較して、どの程度重要であるかを評価すること。

提案手法

• グルーオンおよびグルーギノを含む1ループ QCD 補正による中性ノ対が b̄b や t̄t 終状態へ崩壊する過程の解析的計算。
• 仮想補正（自己エネルギー、頂点補正、ボックス図）と実グルーオン放出を統合し、赤外発散の除去を確保すること。
• 紫外発散を除去するための振幅の正則化を行い、赤外発散は実発生過程によってキャンセルされることを保証すること。
• micrOMEGAs 2.1 に接続された専用数値パッケージを用いて、完全な NLO 断面積の数値的評価を実施すること。
• 非一様なヒッグスおよびゲージノ質量を持つベンチマークスケナリオにおいて、NLO 結果と leading-order 予測を比較すること。
• 物理的パラメータ空間（m_A–μ および m̃t₁–mχ̃₀₁）における補正済みリリック密度等高線の投影を行い、好ましいパラメータ領域のシフトを評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MSSM 内の第三世代クォークへの中性ノ対崩壊における、αₛ 階数の QCD 補正はどの程度顕著か？
• RQ2 これらの NLO 補正がダークマターの予測リリック密度に与える数値的影響は何か？
• RQ3 これらの補正は、leading-order 結果と比較して、A-Funnel やフォーカスポイント領域といった好ましいパラメータ領域をどの程度シフトさせるか？
• RQ4 これらの補正は、現在の WMAP データの不確実性や将来の PLANCK 測定精度を上回る程度の重要性を有するか？
• RQ5 micrOMEGAs や DarkSUSY といった公開ツールに、これらの補正を信頼性高く実装できるか？

主な発見

• A-Funnel 領域において、αₛ 階数の QCD 補正により、準スカラーヒッグスボソンの質量（mA）は最大50 GeVまでシフトする。
• 非一様なゲージノ質量スケナリオにおいて、NLO 補正により、最軽い中性ノ質量（mχ̃₀₁）は最大20 GeVまでシフトする。
• NLO 補正を含めると、軽いストップ超クォーク質量（m̃t₁）は最大200 GeVまで変化する。
• これらの補正の数値的影響は、現在の WMAP データの不確実性を上回り、精密宇宙論にとって不可欠である。
• これらの補正は、非一様なヒッグスおよびゲージノ質量モデルにおける好ましいパラメータ領域を顕著に変化させるほど重要である。
• micrOMEGAs 2.1 へのこれらの補正の実装により、リリック密度予測の正確性が向上したが、以前は有効なヤコビ係数を介して部分的な効果のみが取り入れられていた。