[论文解读] Dark matter scenarios in a UV-complete model with Dirac gauginos

Mark D. Goodsell, Manuel E. Krauss+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 3, 2015

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用 2

一句话总结

本文首次分析了约束性最小狄拉克 gaugino 超对称标准模型（CMDGSSM）中的暗物质，其中 gaugino 为狄拉克费米子，R 对称性自发破缺导致质量分裂，使中性子成为类狄拉克暗物质。该研究识别出满足暗物质遗迹密度、LHC 超对称、直接探测及希格斯玻色子质量约束的可行参数区域，其中大部分区域可在下一代直接探测实验中检验。

ABSTRACT

We perform the first analysis of Dark Matter scenarios in a constrained model with Dirac Gauginos. The model under investigation is the Constrained Minimal Dirac Gaugino Supersymmetric Standard model (CMDGSSM) where the Majorana mass terms of gauginos vanish. However, $R$-symmetry is broken in the Higgs sector by an explicit and/or effective $B_\mu$-term. This causes a mass splitting between Dirac states in the fermion sector and the neutralinos, which provide the dark matter candidate, become pseudo-Dirac states. We discuss two scenarios: the universal case with all scalar masses unified at the GUT scale, and the case with non-universal Higgs soft-terms. We identify different regions in the parameter space which fullfil all constraints from the dark matter abundance, the limits from SUSY and direct dark matter searches and the Higgs mass. Most of these points can be tested with the next generation of direct dark matter detection experiments.

研究动机与目标

• 探索在禁止马约拉纳质量项的紫外完备超对称模型中狄拉克 gaugino 的暗物质情景。
• 研究通过显式和/或有效 Bμ 项实现的 R 对称性破缺如何在中性子扇区产生质量分裂，形成类狄拉克暗物质。
• 在遗迹密度、希格斯玻色子质量、直接探测和 LHC 超对称搜索约束下，识别可行的暗物质参数区域。
• 评估这些暗物质候选者在即将开展的直接探测实验中的可探测性。

提出的方法

• 构建约束性最小狄拉克 gaugino 超对称标准模型（CMDGSSM），其中 gaugino 的马约拉纳质量项为零。
• 通过在希格斯扇区引入显式和/或有效 Bμ 项来实现 R 对称性破缺，以生成狄拉克费米子态之间的质量分裂。
• 分析两种情形：一种是在 GUT 能标下标量质量统一，另一种是希格斯软项非统一。
• 应用观测到的暗物质遗迹密度、测得的希格斯玻色子质量（125 GeV）、LHC 超对称搜索以及直接暗物质探测限制的约束。
• 通过参数空间的数值扫描，识别出与所有约束一致的可行区域。
• 评估下一代直接探测实验对所识别可行点的探测能力。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有狄拉克 gaugino 和通过 Bμ 项实现的 R 对称性破缺的紫外完备模型中，可行的暗物质情景是什么？
• RQ2 标量质量统一与非统一的希格斯软项如何影响类狄拉克中性子暗物质的可行性？
• RQ3 哪些参数空间区域满足观测到的暗物质遗迹密度以及直接探测和希格斯质量的约束？
• RQ4 所识别的暗物质候选者能否被即将开展的直接探测实验探测到？

主要发现

• 由于通过 Bμ 项实现的 R 对称性破缺，该模型产生了类狄拉克中性子作为可行的暗物质候选者。
• 存在满足观测到的暗物质遗迹密度、测得的 125 GeV 希格斯玻色子质量以及 LHC 超对称搜索约束的可行参数区域。
• 相当一部分可行点与当前直接探测限制一致，并处于下一代直接探测实验的探测灵敏度范围内。
• 引入非统一的希格斯软项在参数空间中开辟了在标量质量统一情形下不可达的新可行区域。
• 该模型保持紫外完备性，并与所有主要现象学约束一致，为暗物质提供了一个有力的理论框架。