[論文レビュー] Sneutrino cold dark matter in extended MSSM models

Chiara Arina|ArXiv.org|May 14, 2008

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、最小超対称標準模型（MSSM）を超えた拡張された超対称モデルにおいて、sneutrino が有効な寒冷暗黒物質候補であるかを調査している。右側のsneutrino フィールドとレプトン数を破る項（特にLRモデルおよび低スケールメジャナ型モデルにおいて）を導入することで、sneutrino が正しい残り滓密度を達成し、直接検出の制約を回避でき、広い質量範囲（15–800 GeV）において主成分または準主成分として有効であることが示された。特に、右側成分との混合によってZボソンとの結合が抑制され、散乱断面積が小さくなることが寄与している。

ABSTRACT

A thorough analysis of sneutrinos as dark matter candidates is performed, in different classes of supersymmetric models, as is typically done for the neutralino dark matter. First in the Minimal Supersymmetric Standard Model, sneutrinos are marginally compatible with existing experimental bounds, including direct detection, provided they compose a subdominant component of dark matter. Then supersymmetric models with the inclusion of right-handed fields and lepton number violating terms are presented. These models are perfectly viable: they predict sneutrinos which are compatible with the current direct detection sensitivities.

研究の動機と目的

• 最小超対称標準模型（MSSM）におけるsneutrino が、通常は不足気味であり直接検出の制約を受けるが、寒冷暗黒物質候補として有効であるかを評価すること。
• 右側のsneutrino スーパーフィールドとレプトン数を破る項をMSSMに追加し、sneutrino 暗黒物質の新しい物性的領域を探索すること。
• sneutrino 暗黒物質が宇宙論的残り滓密度制約（Ωh² ≈ 0.12）を満たし、DAMA/NaI などの実験による直接検出限界と両立可能であるかを特定すること。
• 左-右sneutrino の混合と非対角的Zボソン結合が、消失断面積と核子散乱レートに与える影響を分析すること。
• sneutrino が現在の実験的制約を回避しながら、主成分または準主成分としての暗黒物質を占めることが可能なパラメータ空間を同定すること。

提案手法

• MSSMにおける縮退したsneutrino 状態と質量差の影響を含めた、完全な消失および共消失過程を用いてsneutrino 残り滓密度 Ωh² を計算する。
• スカラー核子散乱断面積 σ_nucleon^scalar = σ_Z + σ_h,H を用いて、tチャネル図式によるZおよびヒッグス交換による直接検出信号をモデル化する。
• 左-右sneutrino 状態間の混合を生成するために、超ポテンシャルおよびソフト破れ項に右側sneutrino スーパーフィールド ŜN^I とレプトン数を破る項を導入する。
• 非対角的Z-sneutrino 結合を扱うためにCP固有状態の基底を用い、直接検出率を抑制し、消失チャネルを変更する。
• LRおよび低スケールメジャナ型モデルにおける質量および混合パラメータの完全な超対称パラメータスキャンを実施し、m1–θ パラメータ空間における有効領域をマップする。
• sneutrino が準主成分である場合に、局所的sneutrino 密度のスケーリングを ξ = min(1, Ωh² / 0.092) で行い、直接検出感度を正しく評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最小MSSMにおけるsneutrino は、宇宙論的不足と直接検出制約があるにもかかわらず、有効な寒冷暗黒物質候補とみなせるか？
• RQ2 右側sneutrino フィールドとレプトン数を破る相互作用を含めることで、sneutrino 暗黒物質の残り滓密度と直接検出断面積にどのような影響を与えるか？
• RQ3 左-右sneutrino の混合がZボソン結合をどれほど抑制し、核子散乱断面積を低下させ、直接検出限界を回避するか？
• RQ4 sneutrino 暗黒物質が主成分または準主成分として成立する、拡張MSSMモデルにおける有効な質量範囲は何か？
• RQ5 拡張モデルにおけるsneutrino 暗黒物質は、DAMA/NaI 実験で観測された年間モodulation信号を説明できるか？

主な発見

• 最小MSSMでは、sneutrino は宇宙論的に有効ではあるが、通常は不足気味であり、Ωh² はWMAPが観測した0.092–0.124の範囲よりもはるかに低い。唯一、600–700 GeVの狭い質量窓でのみ有効である。
• 右側sneutrino フィールドとレプトン数を破る項を含むLRモデルでは、15–800 GeVの広い質量範囲でsneutrino が主成分の暗黒物質を占められ、宇宙論的制約を満たす。
• 右側sneutrino の混合を含めることで、最軽いsneutrino へのZボソン結合が抑制され、直接検出断面積が小さくなり、パラメータ空間の大部分が現在の実験的限界と両立可能になる。
• LRモデルでは、宇宙論的に主成分であるsneutrino にとって、パラメータ空間の顕著な部分が現在の直接検出感度範囲内にあり、一部の設定はDAMA/NaIの年間モodulation信号を説明可能である。
• M = 1 TeV の低スケールメジャナ型モデルでは、5 GeV から1 TeV の範囲でsneutrino が全暗黒物質密度を占められ、多くの設定が直接検出限界と両立可能であり、DAMA/NaI信号領域に近いものも含まれる。
• R対称性が保たれる条件下で、LRモデルにおけるsneutrino 暗黒物質の下限質量は約15 GeV であり、これは宇宙論的制約と十分な残り滓密度の要請から導かれる。