[논문 리뷰] Dark matter scenarios in a UV-complete model with Dirac gauginos

Mark D. Goodsell, Manuel E. Krauss외 3명|arXiv (Cornell University)|2015. 07. 03.

Dark Matter and Cosmic Phenomena인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 가우지노가 디랙 Fermion이며 R-대칭 위반에 의해 질량 분리가 발생해 중성미자가 허위-디랙 어둠료 물질이 되는 제약된 최소 디랙 가우지노 초대칭 표준모형(CMDGSSM)에서 어둠료 물질에 대한 최초의 분석을 제시한다. 이 연구는 어둠료 물질의 잔류 밀도, LHC 슈퍼대칭, 직접 탐지 및 힉스 질량 제약 조건을 만족하는 타당한 매개변수 영역을 규명하였으며, 이들의 대부분은 다음 세대의 직접 탐지 실험에서 검증 가능하다.

ABSTRACT

We perform the first analysis of Dark Matter scenarios in a constrained model with Dirac Gauginos. The model under investigation is the Constrained Minimal Dirac Gaugino Supersymmetric Standard model (CMDGSSM) where the Majorana mass terms of gauginos vanish. However, $R$-symmetry is broken in the Higgs sector by an explicit and/or effective $B_\mu$-term. This causes a mass splitting between Dirac states in the fermion sector and the neutralinos, which provide the dark matter candidate, become pseudo-Dirac states. We discuss two scenarios: the universal case with all scalar masses unified at the GUT scale, and the case with non-universal Higgs soft-terms. We identify different regions in the parameter space which fullfil all constraints from the dark matter abundance, the limits from SUSY and direct dark matter searches and the Higgs mass. Most of these points can be tested with the next generation of direct dark matter detection experiments.

연구 동기 및 목표

• 디랙 가우지노를 가진 UV 완전 초대칭 모형에서 어둠료 물질 시나리오를 탐색한다.
• 명시적 및/또는 효과적 Bμ-항을 통한 R-대칭 위반으로 중성미자 영역에서 질량 분리가 어떻게 발생하여 허위-디랙 어둠료 물질이 되는지 조사한다.
• 잔류 밀도, 힉스 질량, 직접 탐지 및 LHC 슈퍼대칭 탐색 제약 조건 하에서 타당한 어둠료 물질 매개변수 영역을 규명한다.
• 향후 직접 탐지 실험에서 이러한 어둠료 물질 후보들이 어떻게 검증 가능한지 평가한다.

제안 방법

• 가우지노의 메이저라 질량 항이 0인 제약된 최소 디랙 가우지노 초대칭 표준모형(CMDGSSM)을 수립한다.
• 히긴스 영역에 명시적 및/또는 효과적 Bμ-항을 도입하여 R-대칭 위반을 유도함으로써 디랙 Fermion 상태 간의 질량 분리를 생성한다.
• 두 가지 시나리오를 분석한다: 하나는 GUT 스케일에서 유니버설 스칼라 질량을 가지며, 다른 하나는 비유니버설 힉스 소프트-항을 가진다.
• 관측된 어둠료 물질 잔류 밀도, 측정된 힉스 보손 질량(125 GeV), LHC 슈퍼대칭 탐색 및 직접 어둠료 물질 탐지 한계에서의 제약 조건을 적용한다.
• 모든 제약 조건을 만족하는 타당한 영역을 규명하기 위해 매개변수 공간에 대한 수치적 스캔을 수행한다.
• 규명된 타당한 점들에 대해 향후 세대의 직접 탐지 실험의 탐지 능력을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 디랙 가우지노와 Bμ-항을 통한 R-대칭 위반을 가진 UV 완전 모형에서 타당한 어둠료 물질 시나리오는 무엇인가?
• RQ2 유니버설 및 비유니버설 힉스 소프트-항은 허위-디랙 중성미자 어둠료 물질의 타당성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 어둠료 물질 잔류 밀도와 직접 탐지 및 힉스 질량 제약 조건을 만족하는 매개변수 공간의 영역은 어디인가?
• RQ4 규명된 어둠료 물질 후보들은 향후 직접 탐지 실험에서 탐지 가능한가?

주요 결과

• R-대칭 위반에 의해 Bμ-항을 통한 질량 분리로 인해 모형은 허위-디랙 중성미자를 타당한 어둠료 물질 후보로 생성한다.
• 관측된 어둠료 물질 잔류 밀도, 측정된 125 GeV의 힉스 보손 질량 및 LHC 슈퍼대칭 탐색 제약 조건을 만족하는 타당한 매개변수 영역이 존재한다.
• 타당한 점들의 상당 부분은 현재의 직접 탐지 한계와 일치하며, 다음 세대의 직접 탐지 실험의 감도 범위 내에 위치한다.
• 비유니버설 힉스 소프트-항의 포함은 유니버설 스칼라 질량 시나리오에서는 접근할 수 없었던 매개변수 공간의 새로운 타당한 영역을 열어준다.
• 모형은 UV 완전하고 모든 주요 현상학적 제약 조건을 충족하며, 어둠료 물질에 대한 설득력 있는 프레임워크를 제공한다.