[논문 리뷰] Testing PQ-Symmetric NMSSM With Light Singlino Dark Matter

Qiurong Mou, Sibo Zheng|arXiv (Cornell University)|2017. 03. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 경량 스инг린오-유사 어두운 물질 후보(1–10 GeV)를 가진 Peccei-Quinn 대칭을 가진 다음 최소 초대칭 표준모형(NMSSM)을 시험한다. 분석 계산과 수치적 스캔을 통해 이러한 어두운 물질 시나리오가 Υ 붕괴, LEP Z-포털 탐색, 그리고 LHC 힉스 보존의 비가시 붕괴 데이터의 병합 제약 조건에 의해 배제됨을 보여준다.

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.

연구 동기 및 목표

• 1–10 GeV의 경량 스инг린오-유사 어두운 물질 후보가 PQ 대칭 NMSSM에서 실현 가능한지 조사하기.
• 해당 어두운 물질 후보가 기존 실험 제약 조건과 일치할 수 있는지 평가하기.
• Υ 붕괴, LEP Z-포털 탐색, 그리고 LHC 힉스 비가시 붕괴 데이터의 정밀 측정 결과와의 모델 일치성 테스트하기.
• NMSSM에서의 근사 Peccei-Quinn 대칭이 현재 관측 결과와 충돌 없이 자연스럽게 경량 어두운 물질 상태를 허용할 수 있는지 결정하기.

제안 방법

• PQ 대칭 NMSSM에서 스инг린오-힉스 및 스инг린오-페르미온 결합에 대한 제약 조건을 도출하기 위해 분석 계산을 수행하기.
• 게이지 커플링 통합과 자연성 조건을 만족하는 매개변수 공간에 대한 수치적 스캔 수행하기.
• Υ(1S,2S,3S) 붕괴 제약 조건을 적용하여 비가시 붕괴를 통해 스инг린오-페르미온 결합을 제한하기.
• LEP 실험에서 Z 보손의 비가시 붕괴에 대한 결과를 활용하여 Z-포털 채널에서의 스инг린오-페르미온 결합을 제약하기.
• 최신 LHC 데이터를 활용하여 힉스 보존의 비가시 붕괴를 통해 스инг린오-힉스 결합과 스инг린오의 잔류 밀도를 추가로 제약하기.
• 세 실험 제약 조건을 병합하여 경량 스инг린오 어두운 물질 시나리오의 종합적 실현 가능성 테스트하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 1–10 GeV의 경량 스инг린오-유사 어두운 물질 후보가 모든 현재 실험 제약 조건을 만족하면서 PQ 대칭 NMSSM에서 실현 가능할 수 있는가?
• RQ2 Υ 붕괴는 PQ 대칭 NMSSM에서 스инг린오-페르미온 결합에 얼마나 강력한 제약을 가하는가?
• RQ3 LEP Z-포털 탐색은 경량 스инг린오 어두운 물질 시나리오의 매개변수 공간을 어떻게 제한하는가?
• RQ4 최신 LHC 힉스 비가시 붕괴 데이터는 경량 스инг린오 어두운 물질 모델의 실현 가능성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 Υ 붕괴, LEP Z-포털, 그리고 LHC 힉스 비가시 붕괴 제약 조건의 조합은 경량 스инг린오 어두운 물질의 전체 매개변수 공간을 배제하는 데 충분한가?

주요 결과

• 1–10 GeV의 경량 스инг린오-유사 어두운 물질 후보는 Υ 붕괴, LEP Z-포털 실험, 그리고 LHC 힉스 비가시 붕괴 데이터의 병합 제약 조건에 의해 완전히 배제된다.
• Υ 붕괴 제약 조건만으로도 스инг린오-페르미온 결합이 강하게 제한되어 매개변수 공간의 상당 부분이 배제된다.
• LEP Z-포털 탐색은 특히 1–10 GeV 질량 범위에서 스инг린오-페르미온 결합에 엄격한 제약을 가한다.
• LHC 힉스 비가시 붕괴 데이터는 스инг린오-힉스 결합을 추가로 제약하여 허용 가능한 매개변수 공간을 줄인다.
• 세 실험 제약 조건을 동시에 적용했을 때도 실현 가능한 매개변수 공간 영역이 존재하지 않는다.
• 세 제약 조건의 조합은 PQ 대칭 NMSSM에서의 전체 경량 스инг린오 어두운 물질 시나리오를 배제한다.