[论文解读] Supersymmetric Dark Matter - a Review

Leszek Roszkowski|ArXiv.org|Feb 13, 1993

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用 3

一句话总结

这篇1993年的综述研究了最小超对称标准模型（MSSM）中最轻的中性子作为可行暗物质候选者的可能性，表明其最自然地表现为规范子型，并被限制在20–150 GeV的质量范围内。本文表明，宇宙学和对撞机约束意味着超fermion质量超出LEP和Tevatron的探测范围，但在SSC和LHC上可被探测到，使得中性子成为未来暗物质搜索的有力目标。

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.

研究动机与目标

• 评估超对称性是否能提供宇宙暗物质的可行候选者。
• 分析最小超对称标准模型（MSSM）中最小中性子的物理现象和宇宙学性质。
• 确定在平坦宇宙中中性子作为主导物质组分时，对其他模型参数的影响。
• 探讨大统一假设如何影响中性子暗物质的可行性与可探测性。
• 评估在SSC和LHC等未来对撞机上发现中性子的可能性。

提出的方法

• 在最小超对称标准模型（MSSM）的背景下，分析中性子的组成和质量。
• 应用宇宙学约束以确定最小中性子的遗迹密度。
• 利用LEP和Tevatron的实验限制，排除约20 GeV以下的中性子质量。
• 评估大统一假设对超fermion和中性子质量模式的影响。
• 预测未来对撞机（SSC、LHC）对超fermion和中性子的发现能力。
• 评估通过直接探测和间接探测前景，中性子暗物质的可探测性。

实验结果

研究问题

• RQ1 MSSM中的最轻中性子能否作为可行的暗物质候选者？
• RQ2 中性子的质量和组成受到哪些宇宙学和现象学约束？
• RQ3 大统一假设如何影响超fermion和中性子的预测质量？
• RQ4 在SSC和LHC上，中性子暗物质的预期发现潜力如何？
• RQ5 当中性子作为主导物质组分时，对其他超对称粒子质量有何影响？

主要发现

• 实验约束已将约20 GeV以下的最轻中性子排除为暗物质候选者。
• 在最小超对称模型中，中性子质量预计不会超过约150 GeV。
• 规范子型中性子被确定为在模型参数合理范围内的最自然暗物质候选者。
• 要求最轻中性子在平坦宇宙中主导物质密度，对超fermion质量施加了非平凡的约束。
• 预测超fermion质量超出LEP 200和Tevatron的探测范围，但完全在SSC和LHC的发现潜力范围内。
• 放松大统一假设会扩大参数空间，但关于可探测性的核心结论依然稳健。