[論文レビュー] Phenomenology of quintessino dark matter

Xiaojun Bi, Jianxiong Wang+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 29, 2004

Computational Physics and Python Applications被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、宇宙の加速を引き起こすクインテシス場のスーパーパartner、クインテシノがダークマターを構成すると提案している。高エネルギー宇宙ニュートリノが地球物質と相互作用するのをモデル化することで、1 km²の検出器に対して年間1〜300件の検出可能なイベントレートが計算され、超対称ダークマターの新しい探索チャネルを提供するとともに、グルービノ／アキシノの状況へも拡張可能である。

ABSTRACT

In the model of quintessino as dark matter particle, the dark matter and dark energy are unified in one superfield, where the dynamics of the Quintessence drives the Universe acceleration and its superpartner, quintessino, makes up the dark matter of the Universe. This scenario predicts the existence of long lived $ ilde{ au}$ as the next lightest supersymmetric particle. In this paper we study the possibility of detecting $ ilde{ au}$ produced by the high energy cosmic neutrinos interacting with the earth matter. By a detailed calculation we find that the event rate is one to several hundred per year at a detector with effective area of $1 km^2$. The study in this paper can be also applied for models of gravitino or axino dark matter particles.

研究の動機と目的

• クインテシス超対称場を介してダークエネルギーと統一されるダークマター候補としてのクインテシノの素粒子的性質を調査すること。
• 高エネルギー宇宙ニュートリノが地球物質と相互作用して生成される長寿命な$\tilde{\tau}$粒子の検出可能性を検討すること。
• 大面積検出器を用いたこのような粒子の検出可能性を評価し、実験設計に向けたイベントレートを推定すること。
• グルービノやアキシノといった弱く相互作用するダークマター候補へもフレームワークを拡張すること。

提案手法

• クインテシス超対称場の超対称的結合を通じて、高エネルギー宇宙ニュートリノが地球物質と相互作用し、$\tilde{\tau}$粒子を生成する過程をモデル化すること。
• 相対論的運動論および断面積の計算を適用し、地球内部における$\tilde{\tau}$の生成レートを決定すること。
• 長寿命な$\tilde{\tau}$と安定な検出条件を仮定し、検出器有効面積が1 km²の場合のイベントレートを推定すること。
• クインテシスモデルの超対称的拡張の枠組みを用いて、グルービノおよびアキシノダークマター状況への一般化を図ること。
• ニュートリノフラックスおよび相互作用断面積の詳細な数値的統合を実行し、年間イベントレートを導出すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1 km²の検出器において、宇宙ニュートリノが生成する$\tilde{\tau}$粒子を検出する予想されるイベントレートは何か？
• RQ2 長寿命な$\tilde{\tau}$が地球実験における検出可能性にどのように影響を与えるか？
• RQ3 この検出フレームワークは、グルービノやアキシノのような次に軽い超対称粒子へどの程度一般化可能か？
• RQ4 クインテシス超対称場は、ダークエネルギーとダークマターのダイナミクスを統一する役割を果たすか？
• RQ5 高エネルギーニュートリノ相互作用の運動論的性質が、$\tilde{\tau}$の生成断面積にどのように影響を与えるか？

主な発見

• モデルは、ニュートリノフラックスおよび結合定数の値に応じて、1 km²の検出器で年間1〜数100件の$\tilde{\tau}$検出イベントレートを予測している。
• 長寿命な$\tau$の性質により、大規模な地上検出器内での十分な伝播と検出が可能である。
• 次に軽い超対称粒子がクインテシスに類似た場のフェルミオン的パートナーであるような広範なモデルクラスにおいて、この検出メカニズムは実現可能である。
• 結果はグルービノおよびアキシノダークマター状況にも直接適用可能であり、さまざまな超対称ダークマター候補に共通する検出戦略の可能性を示唆している。
• イベントレートはニュートリノエネルギースペクトルおよびクインテシス超多重粒子と標準模型粒子との間の結合強度に敏感である。