[論文レビュー] Supersymmetric Dark Matter - a Review

Leszek Roszkowski|ArXiv.org|Feb 13, 1993

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

1993年のこのレビューでは、最小超対称標準模型（MSSM）における最軽い中性ノイザーが、実現可能なダークマター候補として検討されている。これは自然にゲージノー的であり、20–150 GeVの質量範囲に制限されていることが示されている。論文は、宇宙論的および衝突実験的制約が、LEP や Tevatron の探査範囲を超えるスフェルミオン質量を示唆しているが、SSC や LHC では探査可能であると示しており、中性ノイザーが将来のダークマター探索において説得力のある標的であると結論している。

ABSTRACT

I address the question of whether supersymmetry provides a viable candidate for the dark matter in the Universe. I review the properties of the lightest neutralino as a candidate for solving the dark matter problem. I discuss the neutralino's phenomenological and cosmological properties, and constraints from present and future experiments. In the minimal supersymmetric model, the neutralino mass has been experimentally excluded below some $20$ GeV, and is not expected to be significantly larger than about $150$ GeV. I identify a gaugino-like neutralino as the most natural dark matter candidate for a plausible range of parameters. The requirement that the lightest neutralino be the dominant matter component in the flat Universe provides non-trivial restrictions on other parameters of the model, in particular on the masses of the sfermions. Next, I study the consequences of adopting further grand unification assumptions. In both scenarios I find sfermion masses most likely beyond the reach of LEP 200 and the Tevatron but well within the discovery potential of the SSC and the LHC. I also comment on the effects of relaxing grand unification assumptions. Finally, I briefly outline prospects for the neutralino dark matter searches.

研究の動機と目的

• 超対称性が宇宙のダークマターの実現可能な候補を提供するかを評価すること。
• MSSMにおける最軽い中性ノイザーの物性的および宇宙論的性質を分析すること。
• 平坦な宇宙において中性ノイザーが主要物質成分である場合、他のモデルパラメータに与える影響を特定すること。
• 大統一理論の仮定が、中性ノイザーのダークマターとしての実現可能性および検出可能性に与える影響を検討すること。
• SSC や LHC などの将来の衝突実験での中性ノイザーの発見可能性を評価すること。

提案手法

• 最小超対称標準模型（MSSM）の文脈において、中性ノイザーの組成と質量を分析すること。
• 宇宙論的制約を適用して、最軽い中性ノイザーの残存密度を決定すること。
• LEP や Tevatron からの実験的制限を用いて、約20 GeV未満の中性ノイザー質量を除外すること。
• 大統一理論の仮定がスフェルミオンおよび中性ノイザーの質量パターンに与える影響を評価すること。
• 将来の衝突実験（SSC、LHC）におけるスフェルミオンおよび中性ノイザーの発見範囲を予測すること。
• 直接的および間接的検出の可能性を通じて、中性ノイザーのダークマターとしての検出可能性を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MSSMにおける最軽い中性ノイザーは、実現可能なダークマター候補として機能できるか？
• RQ2 中性ノイザーの質量および組成に関する宇宙論的および物性的制約は何か？
• RQ3 大統一理論の仮定が、スフェルミオンおよび中性ノイザーの予測質量に与える影響は何か？
• RQ4 SSC や LHC における中性ノイザーのダークマターの発見可能性はどの程度か？
• RQ5 中性ノイザーが主要物質成分であるという前提が、他の超対称粒子の質量に与える影響は何か？

主な発見

• 実験的制約により、最軽い中性ノイザーは約20 GeV未満ではダークマター候補として除外される。
• 最小超対称モデルにおいて、中性ノイザー質量は約150 GeVを超えることは予想されない。
• ガウジノ的中性ノイザーは、モデルパrameterの妥当な範囲において、最も自然なダークマター候補である。
• 平坦な宇宙において最軽い中性ノイザーが物質密度を支配するという要請は、スフェルミオン質量に非自明な制約を課す。
• スフェルミオン質量は、LEP 200 や Tevatron の探査範囲を超えるが、SSC や LHC では十分に発見可能である。
• 大統一理論の仮定を緩めるとパラメータ空間が広がるが、検出可能性に関する核心的な結論は依然として堅牢である。