[論文レビュー] Testing PQ-Symmetric NMSSM With Light Singlino Dark Matter

Qiurong Mou, Sibo Zheng|arXiv (Cornell University)|Mar 1, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、軽いシングレオン様のダークマター候補（1–10 GeV）を有するPeccei-Quinn対称な次に最小限の超対称標準模型（NMSSM）を検証する。解析的計算と数値スキャンを用いて、このようなダークマターの状況が、Υ崩壊、LEPのZポータル探索、およびLHCのヒッグス粒子の見えない崩壊データの組み合わせによる制約によって除外されることを示している。

ABSTRACT

As a solid scenario to address the naturalness the Next-to-Minimal supersymmtric standard model retains the unification of standard model gauge couplings. In this paper we test this model from the viewpoint of dark matter. In particular, we are interested in a light singlino-like dark matter with mass of order $1-10$ GeV which arises from an approximate Peccei-Quinn symmetry. In terms of analytic calculations as well as numerical scans, we show that this type of dark matter is totally excluded by the combination of $\Upsilon$ decay, $Z$-portal experiments at LEP, and the latest data on Higgs invisible decay at the LHC.

研究の動機と目的

• 1–10 GeVの軽いシングレオン様ダークマター候補がPQ対称NMSSMで実現可能かどうかを調査すること。
• このようなダークマター候補が現在の実験的制約と整合するかどうかを評価すること。
• Υ崩壊からの精度測定、LEPのZポータル探索、LHCヒッグス粒子の見えない崩壊データとの整合性をテストすること。
• NMSSMにおける近似的なPeccei-Quinn対称性が、現在の観測と矛盾しない自然な軽いダークマター状態を許容するかどうかを特定すること。

提案手法

• PQ対称NMSSMにおけるシングレオン–ヒッグスおよびシングレオン–フェルミオン結合の制約を導出するために解析的計算を用いる。
• ゲージ結合の統一と自然性を満たすパラメータ空間の数値スキャンを実施する。
• Υ(1S,2S,3S)の崩壊からの制約を適用し、見えない崩壊を通じてシングレオン–フェルミオン結合を制限する。
• LEP実験によるZボソンの見えない崩壊の制約を用いて、Zポータルチャネルにおけるシングレオン–フェルミオン結合を制約する。
• LHCの最新のヒッグス粒子の見えない崩壊データを用いて、シングレオン–ヒッグス結合およびシングレオンの残存密度をさらに制限する。
• 3つの実験的制約を組み合わせ、軽いシングレオンダークマター状況の全体的な妥当性をテストする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1–10 GeVの軽いシングレオン様ダークマター候補は、PQ対称NMSSMにおいて、すべての現在の実験的制約を満たしつつ実現可能か？
• RQ2 Υ崩壊は、PQ対称NMSSMにおけるシングレオン–フェルミオン結合をどの程度制限するか？
• RQ3 LEPのZポータル探索は、軽いシングレオンダークマター状況のパラメータ空間をどのように制限するか？
• RQ4 最新のLHCヒッグス粒子の見えない崩壊データは、軽いシングレオンダークマターモデルの妥当性にどのような影響を与えるか？
• RQ5 Υ崩壊、LEPのZポータル、およびLHCヒッグス粒子の見えない崩壊の制約の組み合わせは、軽いシングレオンダークマターのパラメータ空間全体を除外するのに十分か？

主な発見

• 質量1–10 GeVの軽いシングレオン様ダークマター候補は、Υ崩壊、LEPのZポータル実験、およびLHCヒッグス粒子の見えない崩壊データの組み合わせによる制約によって完全に除外される。
• Υ崩壊からの制約だけでも、シングレオン–フェルミオン結合を強く制限し、パラメータ空間の大部分を除外する。
• LEPのZポータル探索は、特に1–10 GeVの質量範囲において、シングレオン–フェルミオン結合に対してきびしい制約を与える。
• LHCヒッグス粒子の見えない崩壊データは、シングレオン–ヒッグス結合をさらに制限し、許容されるパラメータ空間を縮小する。
• 3つの実験的制約を同時に適用した場合、パラメータ空間に妥当な領域は存在しない。
• 3つの制約の組み合わせにより、PQ対称NMSSMにおける軽いシングレオンダークマター状況の全クラスが除外される。