[论文解读] Gluino Coannihilations and Heavy Bino Dark Matter

Stefano Profumo, Carlos E. Yaguna|arXiv (Cornell University)|Feb 19, 2004

Cosmology and Gravitation Theories被引用 21

一句话总结

本文提出了一种低能超对称性情景，其中最轻的超对称粒子（LSP）为类似希格斯ino的中性子，与几乎简并的胶子夸克（gluino）发生共湮灭，从而在冷暗物质中产生正确的剩余密度。胶子夸克作为主要共湮灭伙伴，为类似希格斯ino的LSP质量设定了绝对上限，使该情景在一般MSSM框架下在宇宙学和现象学上均具有可行性。

ABSTRACT

We outline a new low-energy supersymmetry scenario, compatible with all cosmological and phenomenological requirements, where the lightest SUSY particles (LSPs) are a bino-like neutralino and a quasi degenerate gluino. The interplay of the bino nature of the lightest neutralino and of gluino coannihilations yields a relic abundance in the correct range for the LSP to be the main cold dark matter constituent. We show that the gluino is the strongest possible coannihilating partner of a bino-like LSP in the general MSSM, allowing the determination of an absolute upper bound on the mass of a stable, bino-like lightest neutralino. We point out that this scenario may arise in supergravity inspired frameworks with non-universalities both in the gaugino and in the Higgs sector.

研究动机与目标

• 开发一种与宇宙学和现象学约束相容的可行低能超对称性情景。
• 阐明胶子夸克共湮灭在实现观测到的暗物质剩余密度中的作用。
• 通过共湮灭效应确定稳定、类似希格斯ino的最轻中性子可能的最大质量。
• 探索该情景在具有非统一规范耦合和希格斯 sector 参数的超引力启发模型中的可行性。

提出的方法

• 在一般MSSM框架下，分析类似希格斯ino的LSP与胶子夸克共湮灭过程之间的相互作用。
• 利用热余密度计算，确定早期宇宙中产生的暗物质密度。
• 通过截面分析，识别胶子夸克为类似希格斯ino的LSP最可能的共湮灭伙伴。
• 基于共湮灭效率，推导出类似希格斯ino的LSP质量的绝对上限。
• 评估该情景与宇宙学观测及对撞机现象学的一致性。
• 考察该情景在具有非统一规范耦合和希格斯 sector 参数的超引力启发框架中的出现机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过共湮灭实现正确剩余密度的前提下，稳定、类似希格斯ino的最轻中性子可能的最大质量是多少？
• RQ2 类似希格斯ino的LSP与近乎简并的胶子夸克共湮灭如何影响暗物质的剩余丰度？
• RQ3 为何在一般MSSM中，胶子夸克是类似希格斯ino的LSP最强的共湮灭伙伴？
• RQ4 在何种类型的超引力启发模型中，该共湮灭情景可自然出现？
• RQ5 该情景对胶子夸克与类似希格斯ino的LSP之间的质量分裂施加了何种约束？

主要发现

• 在一般MSSM中，胶子夸克是类似希格斯ino的LSP最有效的共湮灭伙伴，从而设定了LSP质量最强的约束。
• 类似希格斯ino的LSP与近乎简并的胶子夸克之间的共湮灭过程，产生与观测到的暗物质丰度一致的剩余密度。
• 基于此共湮灭机制，推导出稳定、类似希格斯ino的最轻中性子质量的绝对上限。
• 该情景在具有规范耦合和希格斯 sector 参数非统一性的超引力启发模型中具有可行性。
• 该模型满足所有宇宙学和现象学约束，包括直接和间接暗物质探测以及对撞机搜索的结果。
• 近乎简并的胶子夸克与类似希格斯ino的LSP配置允许在无需精细调节的情况下自然实现正确的暗物质剩余密度。