[论文解读] Higgsino and Wino Dark Matter from Q-ball Decay

Masaaki Fujii, Koichi Hamaguchi|arXiv (Cornell University)|Oct 4, 2001

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用 9

一句话总结

本文提出，通过Q-球的晚期衰变，希格斯ino和Wino类中性子可作为可行的暗物质候选者，产生最轻的超对称粒子（LSP）。随后LSP的成对湮灭自然地产生观测到的暗物质遗迹密度，为标准Bino类暗物质提供了一种更具可探测性的替代方案。

ABSTRACT

We claim that the Higgsino-like and wino-like neutralinos can be good dark matter candidates if they are produced by the late time decay of Q-ball. The late time decays of the Q-balls into these LSP's and subsequent pair annihilations of the LSP's naturally lead to the desired mass density of dark matter. Furthermore, these dark matter can be much more easily detected by the dark-matter search experiments than the standard bino-like dark matter.

研究动机与目标

• 探索标准热冻结机制之外的其他暗物质产生机制。
• 解决在超对称模型中解释观测到的暗物质遗迹密度的挑战。
• 提出一种通过Q-球衰变实现的晚期产生机制，生成希格斯ino类和Wino类中性子。
• 证明此类暗物质候选者比Bino类LSP更易于被直接和间接探测实验探测到。

提出的方法

• 模拟Q-球向超对称粒子（包括最轻的超对称粒子LSP）的晚期衰变过程。
• 分析Q-球衰变产物中产生的希格斯ino类和Wino类中性子的产额。
• 通过计算所产生LSP的成对湮灭来确定最终的暗物质遗迹密度。
• 应用宇宙学观测和暗物质探测限制对模型进行验证。
• 比较希格斯ino类和Wino类LSP与Bino类LSP在直接和间接探测实验中的探测前景。

实验结果

研究问题

• RQ1 Q-球在晚期衰变是否能产生足够多的希格斯ino类或Wino类中性子，以解释观测到的暗物质遗迹密度？
• RQ2 LSP的晚期产生如何影响宇宙的热历史以及宇宙学约束？
• RQ3 如果LSP为希格斯ino类或Wino类而非Bino类，对直接和间接暗物质探测有何影响？
• RQ4 在何种条件下，Q-球衰变能产生具有正确遗迹丰度的稳定暗物质候选者？

主要发现

• 通过晚期Q-球衰变，可以产生足够丰度的希格斯ino类和Wino类中性子，以匹配观测到的暗物质遗迹密度。
• 这些LSP随后的成对湮灭自然地重现了正确的遗迹密度，无需精细调节参数。
• 与标准Bino类LSP相比，这些暗物质候选者在直接和间接探测实验中具有显著更高的可探测性。
• 该模型为热冻结机制提供了可行的替代方案，尤其在Bino类LSP因实验约束而受到质疑的情况下更具优势。