[논문 리뷰] R-parity violation in split supersymmetry and neutralino dark matter: to be or not to be

Sudhir Kumar Gupta, Partha Konar외 1명|arXiv (Cornell University)|2004. 08. 26.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 R-포탄 위반 분할 초대칭을 조사하며, 높은 스퀴어크 및 스레프톤 질량 조건에서도 가벼운 중성보가 천체물리적으로 안정하고 암흑물질 후보로 타당하게 유지될 수 있음을 보여준다. 이는 두 가지 붕괴 시나리오—비가시 붕괴 또는 이격된 정점—을 규명하고, 이 프레임워크 내에서 양성자 및 렙톤 수의 위반 제약 조건이 상당히 완화됨을 입증한다.

ABSTRACT

In the recently proposed `split supersymmetry' scenario, the squark and slepton masses are allowed to be at a high scale while the gauginos and Higgsinos are within a TeV. We show that in a theory with broken R-parity, the parameter space of such a scenario allows a situation where the lightest neutralino is still stable on the cosmological scale and can be a dark matter candidate. We also separate the cases where (a) it may be invisible but not a dark matter candidate, or (b) it may decay showing a displaced vertex. It is also emphasized how the constraint on the simultaneous violation of baryon and lepton numbers gets relaxed in this scenario.

연구 동기 및 목표

• R-포탄 위반 조건 하에서 분할 초대칭에서 가장 가벼운 중성보가 천체물리적 시간 척도에서 안정한 암흑물질 후보로 유지될 수 있는지 검토하기.
• 중성보가 비가시적으로 붕괴되거나 이격된 정점을 생성하는 시나리오를 분류하기.
• R-포탄 위반이 분할 초대칭 프레임워크 내에서 동시에 양성자 및 렙톤 수 위반에 대한 제약 조건에 미치는 영향을 평가하기.

제안 방법

• 높은 스퀴어크/스레프톤 질량 조건을 가진 분할 초대칭 모델에서 중성보 질량 스펙트럼과 R-포탄 위반 쌍함수를 분석하기.
• 가장 가벼운 중성보의 붕괴 너비와 수명을 평가하여, 이가 검출기 내에서 붕괴되는지 여부를 결정하기.
• 효과적 장 이론 기법을 사용해 R-포탄 위반 상호작용을 모델링하고 그 현상학적 결과를 분석하기.
• 천체물리적 및 충돌기 제약 조건을 적용하여 안정, 비가시적, 이격된 정점 붕괴 시나리오를 구분하기.
• 분할 초대칭 프레임워크 하에서 R-포탄 위반 쌍함수에 대한 허용 가능한 매개변수 공간을 비교하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 R-포탄 위반 조건 하에서 분할 초대칭에서 가장 가벼운 중성보가 천체물리적 시간 척도에서 안정하게 유지될 수 있는가?
• RQ2 중성보가 비가시적으로 붕괴되는 대신 이격된 정점을 생성하는 조건은 무엇인가?
• RQ3 분할 초대칭 프레임워크는 동시에 양성자 및 렙톤 수 위반에 대한 제약 조건을 어떻게 완화하는가?
• RQ4 이 시나리오에서 R-포탄 위반 중성보 붕괴의 현상학적 서명은 무엇인가?
• RQ5 스키워크 및 스레프톤의 질량은 중성보가 암흑물질 후보로 타당하게 유지되는 데 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 가장 가벼운 중성보는 천체물리적 시간 척도에서 안정하게 유지될 수 있으며, R-포탄 위반 조건 하에서도 타당한 암흑물질 후보로 기능할 수 있다.
• 두 가지 구분되는 붕괴 시나리오가 나타나며, 중성보의 R-포탄 위반 쌍함수 강도에 따라 비가시적으로 붕괴되거나 이격된 정점을 생성할 수 있다.
• 분할 초대칭 프레임워크 내에서 동시에 양성자 및 렙톤 수 위반에 대한 제약 조건이 상당히 완화된다.
• 이 모델은 높은 스퀴어크 및 스레프톤 질량 조건 하에서도 안정한 중성보 암흑물질 후보를 허용하며, 테바 스케일의 가우지노 및 힉스ино 부문의 자연성 유지에 기여한다.
• R-포탄 위반 붕괴의 현상학은 가우지노와 힉스ино 질량 간의 계급 구조 및 R-포탄 위반 쌍함수의 구조에 민감하게 의존한다.