[論文レビュー] Relic density of dark matter in mSUGRA and non-universal SUGRA

G. Bélanger, F. Boudjema+3 more|ArXiv.org|Dec 21, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、mSUGRAおよび非一様SUGRAモデルにおけるダークマターの残存密度を調査し、mSUGRAでは、WMAPの残存密度制約を満たすために、共崩壊やヒッグス共鳴といった微調整が必要であるのに対し、ヒッグスノやウィノに近いLSPを有する非一様SUGRAモデルでは、断面積の増大により自然に正しい密度が達成され、LHCの到達範囲を超えた高質量領域でも多くのパラメータ空間が有効であることが示された。

ABSTRACT

The measurements of WMAP on the relic density of dark matter strongly constrain supersymmetric models. In mSUGRA where the neutralino LSP is mostly a bino only rather fine-tuned models survive. On the other hand the relic density upper limit can be easily satisfied in models with a Higgsino or wino LSP.

研究の動機と目的

• WMAPによる高精度な残存密度測定が、mSUGRAおよび非一様SUGRAモデルの妥当性に与える影響を評価すること。
• mSUGRAにおいて、Ωh²のWMAP上限値を満たすパラメータ領域を特定し、特に共崩壊、フォーカスポイント、ヒッグスファネル領域に注目すること。
• SUGRAモデルにおける非一様ゲージノ質量が、ニュートラリノの断面積を増大させることで残存密度制約を緩和する仕組みを調査すること。
• LHCのコライダー到達範囲を、WMAPデータと整合するスピンダーのモデル、特に非一様な状況において評価すること。

提案手法

• 残存密度は、ループ補正を含むすべての崩壊および共崩壊チャネルを考慮したmicrOMEGAsコードを用いて計算された。
• 物理的スパーティクルスぺクトルは、SUSY Les Houches Accordを介してmicrOMEGAsにインターフェースされたSOFTSUSY 1.8.6を用いて生成された。
• 分析は、GUTスケールでの一様境界条件を有するmSUGRAと、ゲージノ質量比（M₁/M₂、M₃/M₂）を変化させた非一様SUGRAモデルに限定された。
• 固定されたtanβおよびA₀ = 0の下で、M₀–M₁/₂平面におけるパラメータ空間スキャンが行われ、トップクォーク質量は175 GeVに設定された。
• ヒッグス質量制限、b→sγ、および精度測定からの制約を適用し、有効なモデルを絞り込んだ。
• Ωh² = 0.129および0.094の残存密度等高線と、111および114 GeVにおけるヒッグス質量等高線がプロットされた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 mSUGRAにおいて、どの特定のパラメータ空間領域がWMAPの残存密度制約を満たし、そのメカニズムは何か？
• RQ2 SUGRAモデルにおける非一様ゲージノ質量の導入が、残存密度およびLSPがダークマター候補としての妥当性に与える影響は何か？
• RQ3 ウィノに近いまたはヒッグスノに近いLSPを有するモデルは、微調整なしに自然にWMAPの残存密度上限を満たすことができるか？
• RQ4 トップクォーク質量が、mSUGRAにおける許容領域の位置およびサイズに与える影響は何か？
• RQ5 WMAPデータと整合するmSUGRAと非一様SUGRAモデルの間で、LHCのコライダー到達範囲にどのような差があるか？

主な発見

• mSUGRAでは、WMAPの残存密度制約を満たすのは3つの領域に限られる：共崩壊（m_τ̃₁ ≈ m_χ̃₁⁰のとき）、フォーカスポイント（M₀が大きいとき）、ヒッグスファネル（tanβが大きいとき）、いずれも微調整を要する。
• mSUGRAの大部分（低M₀およびM₁/₂）は、ビノに近いLSPがフェルミオンへの崩壊が非効率であるため、強く制約を受ける。
• M₁/M₂ = 1.8の非一様SUGRAモデルではウィノに近いLSPが可能となり、効率的な崩壊が可能になり、高質量領域でも残存密度制約を満たす。
• M₃ = M₂/2のとき、LSPは顕著なヒッグスノ成分を獲得し、中間子のsチャネルヒッグス交換崩壊が効率的に行われるようになり、中程度のtanβでも残存密度が低下し、高tanβを必要としなくなる。
• 非一様SUGRAモデルにおいてM₀ = 4 TeVおよびM₁/₂ = 3 TeVの場合、スクォークは3–4 TeV、ニュートラリノは約820 GeV、重いヒッグスボソンは約1.5 TeVにあり、全スケールがLHCの到達範囲を超える。
• 非一様モデルでは、固定されたM₁/₂における軽いスクォークのため、ヒッグス質量およびb→sγの制約が厳しくなるが、残存密度制約は依然として広いパラメータ空間を許容し、特にヒッグスノまたはウィノLSPを有するモデルでは顕著である。