[논문 리뷰] Axino Dark Matter in Anomalous U(1)' Models

Francesco Fucito, Andrea Lionetto외 2명|arXiv (Cornell University)|2008. 11. 12.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 MSSM의 최소 비정상 U(1)' 확장에서 스타크엘베르크 게이지 보손의 페르미온적 동반 입자인 아키노를 암흑 물질 후보로 제안한다. 탈착 한계에서 아키노는 가장 가벼운 초대칭 입자(LSP)가 되며, 거의 딱 맞는 질량을 가진 NLSP 및 NNLSP와의 공반쇄를 포함한 재현 밀도가 계산되어, 펌터베이티브 매개변수 공간 전역에서 WMAP 제약 조건을 성공적으로 충족시킨다.

ABSTRACT

We study a possible dark matter candidate in the framework of a minimal anomalous $U(1)'$ extension of the MSSM. It turns out that in a suitable decoupling limit the Stuckelino, the fermionic degree of freedom of the Stuckelberg multiplet, is the lightest supersymmetric particle (LSP). We compute the relic density of this particle including coannihilations with the next to lightest supersymmetric particle (NLSP) and with the next to next to lightest supersymmetric particle (NNLSP) which are assumed almost degenerate in mass. This assumption is needed in order to satisfy the stringent limits that the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) puts on the relic density. We find that the WMAP constraints can be satisifed by different NLSP and NNLSP configurations as a function of the mass gap with the LSP. These results hold in the parameter space region where the model remains perturbative.

연구 동기 및 목표

• MSSM의 최소 비정상 U(1)' 확장에서 아키노가 암흑 물질 후보로 가능한지 탐색한다.
• 아키노가 가장 가벼운 초대칭 입자(LSP)가 되는 조건을 규명한다.
• 다음으로 가벼운(NLSP) 및 다음으로 다음으로 가벼운(NNLSP) 초대칭 입자와의 공반쇄 효과를 포함한 아키노의 재현 밀도를 계산한다.
• 펌터베이티브 매개변수 공간 내에서 암흑 물질 재현 밀도에 대한 엄격한 WMAP 제약 조건을 충족시킨다.

제안 방법

• 비정상 U(1)' 모델에서 탈착 한계를 가정하면, 스타크엘베르크 다중구조의 페르미온 성분인 아키노는 LSP가 된다.
• NLSP 및 NNLSP와의 공반쇄 채널을 포함한 열역학적 재현 밀도 계산을 통해 아키노의 재현 밀도를 계산한다.
• 아키노와 질량이 거의 딱 맞는 NLSP 및 NNLSP를 가정하여 암흑 물질의 과잉 생성을 억제한다.
• 게이지 커플링이 펌터베이티브로 유한하게 유지되도록 매개변수 공간을 제한함으로써 모델의 펌터비티를 유지한다.
• 공반쇄 종류의 입자에 대한 표준 보르츠만 방정식을 사용하여 재현 밀도 계산을 수행한다.
• 결과는 전체 암흑 물질 재현 밀도에 대한 WMAP 제약 조건과 비교 평가된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비정상 U(1)' 모델에서 아키노가 가장 가벼운 초대칭 입자(LSP)일 경우, 타당한 암흑 물질 후보로 기능할 수 있는가?
• RQ2 이 모델에서 거의 딱 맞는 질량을 가진 NLSP 및 NNLSP와의 공반쇄는 아키노의 재현 밀도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 어떤 매개변수 공간 영역에서 아키노가 재현 밀도에 대한 WMAP 제약 조건을 충족하면서도 펌터비티를 유지할 수 있는가?
• RQ4 관측된 암흑 물질 밀도와 일치하는 아키노와 그 공반쇄 파artners 사이의 질량 갭은 무엇인가?
• RQ5 스타크엘베르크 다중구조의 탈착 한계는 어떤 조건에서 안정한 아키노 LSP를 유도하는가?

주요 결과

• 비정상 U(1)' 모델의 탈착 한계에서 아키노는 가장 가벼운 초대칭 입자(LSP)가 된다.
• 거의 딱 맞는 질량을 가진 NLSP 및 NNLSP와의 공반쇄는 아키노의 재현 밀도를 크게 억제하여 WMAP 제약 조건을 충족시킬 수 있게 한다.
• 아키노와의 질량 갭에 따라 다양한 NLSP 및 NNLSP 구성 조건에서 WMAP 재현 밀도 제약 조건이 충족된다.
• 모델의 매개변수 공간 내 펌터비티 영역에서 결과는 여전히 유효하다.
• 아키노 질량이나 커플링의 정밀 조정 없이도 모델이 타당한 암흑 물질 후보를 지지한다.