[논문 리뷰] Gluino Coannihilations and Heavy Bino Dark Matter

Stefano Profumo, Carlos E. Yaguna|arXiv (Cornell University)|2004. 02. 19.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 21

한 줄 요약

이 논문은 일반 MSSM 내에서 냉각된 암흑물질의 올바른 잔류 밀도를 도출하는 데 성공하는 저에너지 초대칭 시나리오를 제안한다. 이 시나리오에서는 가장 가벼운 초대칭 입자(LSP)가 빈오-유사 중성미자이며, 거의 딜로지한 글루아인과 공반쇄를 일으키며, 이로 인해 우주의 초기 조건에서 암흑물질의 관측된 잔류 밀도를 만족시킨다. 글루아인의 주요 공반쇄 파art너로서의 역할은 빈오-유사 LSP 질량에 절대적인 상한을 설정하며, 이는 일반 MSSM 내에서 천체물리학적 및 현상학적 맥락 모두에서 이 시나리오의 타당성을 보장한다.

ABSTRACT

We outline a new low-energy supersymmetry scenario, compatible with all cosmological and phenomenological requirements, where the lightest SUSY particles (LSPs) are a bino-like neutralino and a quasi degenerate gluino. The interplay of the bino nature of the lightest neutralino and of gluino coannihilations yields a relic abundance in the correct range for the LSP to be the main cold dark matter constituent. We show that the gluino is the strongest possible coannihilating partner of a bino-like LSP in the general MSSM, allowing the determination of an absolute upper bound on the mass of a stable, bino-like lightest neutralino. We point out that this scenario may arise in supergravity inspired frameworks with non-universalities both in the gaugino and in the Higgs sector.

연구 동기 및 목표

• 천체물리학적 및 현상학적 제약 조건과 호환되는 타당한 저에너지 초대칭 시나리오를 개발하는 것.
• 관측된 암흑물질 잔류 밀도를 달성하는 데 있어 글루아인의 공반쇄 기여를 규명하는 것.
• 공반쇄 효과를 통해 안정된 빈오-유사 최경량 중성미지의 최대 질량을 도출하는 것.
• 비일관된 게이지노 및 힉스 섹터 파rameter를 가진 초중력에 기반한 모델에서 이 시나리오의 타당성을 탐색하는 것.

제안 방법

• 일반 MSSM의 맥락에서 빈오-유사 LSP와 글루아인의 공반쇄 상호작용을 분석하는 것.
• 초기 우주에서 생성된 암흑물질 밀도를 결정하기 위해 열역학적 잔류 밀도 계산을 사용하는 것.
• 단면적 분석을 통해 글루아인이 빈오-유사 LSP의 가장 강력한 공반쇄 파artner임을 규명하는 것.
• 공반쇄 효율성에 기반하여 빈오-유사 LSP 질량에 절대적인 상한을 유도하는 것.
• 이 시나리오가 천체물리학적 관측과 실험물리학적 관측 모두와 일치하는지 평가하는 것.
• 비일관된 게이지노 및 힉스 섹터 파rameter를 가진 초중력에 기반한 프레임워크에서 이 시나리오가 어떻게 나타나는지 분석하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 공반쇄를 통해 올바른 잔류 밀도를 유지할 수 있는 안정된 빈오-유사 최경량 중성미지의 최대 질량은 얼마인가?
• RQ2 빈오-유사 LSP와 거의 딜로지한 글루아인의 공반쇄는 암흑물질의 잔류 밀도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 왜 일반 MSSM에서 글루아인이 빈오-유사 LSP의 가장 강력한 공반쇄 파artner가 되는가?
• RQ4 어떤 초중력에 기반한 모델에서 이 공반쇄 시나리오가 자연스럽게 발생하는가?
• RQ5 이 시나리오가 글루아인과 빈오-유사 LSP 사이의 질량 분리에 어떤 제약을 가하는가?

주요 결과

• 일반 MSSM 내에서 글루아인은 빈오-유사 LSP의 가장 효과적인 공반쇄 파artner이며, 이로 인해 LSP 질량에 가장 강력한 제약 조건이 설정된다.
• 빈오-유사 LSP와 거의 딜로지한 글루아인 간의 공반쇄 과정은 관측된 암흑물질 잔류 밀도와 일치하는 결과를 도출한다.
• 이 공반쇄 메커니즘에 기반하여 안정된 빈오-유사 최경량 중성미지의 질량에 절대적인 상한이 도출된다.
• 비일관된 게이지노 및 힉스 섹터를 포함하는 초중력에 기반한 모델에서 이 시나리오는 타당하다.
• 이 모델은 직접 및 간접 암흑물질 탐지 및 입자충돌 실험의 모든 천체물리학적 및 현상학적 제약 조건을 충족시킨다.
• 거의 딜로지한 글루아인과 빈오-유사 LSP의 조합은 정밀조정 없이도 올바른 암흑물질 잔류 밀도를 자연스럽게 실현할 수 있다.