[论文解读] Impact of leptonic unitary and DM direct detection experiments on sneutrino DM sector in the NMSSM with inverse seesaw mechanism

Junjie Cao, Yangle He+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 81被引用 2

一句话总结

本文研究了在具有逆跷跷板机制的下一个最小超对称标准模型中，中微子 sneutrino 作为暗物质（DM）候选者的可能性，结合了轻子幺正性约束和直接DM探测（XENON-1T及未来的LZ）的限制。通过使用嵌套抽样法扫描参数空间，并将实验限制编码为似然函数，结果表明这些约束是互补的，并且在DM质量较轻且弱相互作用的区域，对中微子Yukawa耦合常数 $\lambda_u$ 和 $Y_u$ 实施了紧密约束。

ABSTRACT

In the Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model with inverse seesaw mechanism for neutrino mass, the lightest sneutrino may act as a feasible DM candidate in broad parameter space. In this case, the smallness of the unitary violation in neutrino sector and the recent XENON-1T experiment are able to limit the DM sector, especially they can set upper bounds on neutrino Yukawa couplings $\lambda_ u$ and $Y_ u$. We study such an effect by encoding the constraints in a likelihood function and then performing elaborated scans over the vast parameter space of the theory by Nested Sampling algorithm. We show that the constraints are complementary to each other in limiting the theory, and in some cases they are rather tight. We also study the impact of future LZ experiment on the theory.

研究动机与目标

• 评估在具有逆跷跷板机制的NMSSM中，最轻的sneutrino作为暗物质候选者的可行性。
• 评估来自轻子幺正性和直接探测实验（XENON-1T）的约束对sneutrino DM区域参数空间的限制作用。
• 研究幺正性和直接探测约束在限制中微子Yukawa耦合常数 $\lambda_u$ 和 $Y_u$ 方面的互补性。
• 预测未来LZ实验对sneutrino DM模型理论约束的影响。

提出的方法

• 采用嵌套抽样算法，对具有逆跷跷板机制的NMSSM的高维参数空间进行全面扫描。
• 将来自轻子幺正性和XENON-1T直接探测的实验约束编码为似然函数，用于贝叶斯推断。
• 利用该似然函数对参数空间进行加权和约束，重点关注sneutrino DM候选者及其耦合常数。
• 分析幺正性边界与直接探测限制之间的相互作用，评估其对 $\lambda_u$ 和 $Y_u$ 的联合约束能力。
• 通过模拟LZ实验的预期约束，预测未来探测灵敏度。

实验结果

研究问题

• RQ1 轻子幺正性约束与XENON-1T直接探测数据如何共同限制具有逆跷跷板机制的NMSSM中sneutrino DM的参数空间？
• RQ2 幺正性与XENON-1T数据的结合在多大程度上限制了中微子Yukawa耦合常数 $\lambda_u$ 和 $Y_u$？
• RQ3 在参数空间的哪些区域，这些约束变得尤为紧密？
• RQ4 XENON-1T的约束与幺正性约束相比，在强度和互补性方面有何差异？
• RQ5 未来LZ实验在探测sneutrino DM区域方面，预计能带来多大程度的灵敏度提升？

主要发现

• 来自轻子幺正性和XENON-1T的约束是互补的，显著缩小了sneutrino DM候选者可行的参数空间。
• 在参数空间的许多区域，特别是轻量sneutrino DM区域，联合约束对中微子Yukawa耦合常数 $\lambda_u$ 和 $Y_u$ 设定了严格的上限。
• XENON-1T结果对sneutrino DM与夸克的耦合施加了强限制，尤其对 $Y_u$ 耦合常数有显著约束。
• 嵌套抽样方法成功识别并量化了参数空间中最受约束的区域，凸显了 $\lambda_u$ 和 $Y_u$ 在决定DM现象学中的关键作用。
• 未来LZ实验预计将对 $\lambda_u$ 和 $Y_u$ 进一步收紧约束，尤其是在低质量DM区域。