AbstractsAstronomy & Space Science

Implications of Dark Matter In Supersymmetric Models

by Lasse Leinonen




Institution: University of Helsinki
Department: Department of Physics, Alkeishiukkasfysiikan ja astrofysiikan osasto; Helsinki Institute of Physics
Year: 2015
Keywords: teoreettinen fysiikka
Record ID: 1141399
Full text PDF: http://hdl.handle.net/10138/152721


Abstract

Supersymmetry is a proposed new symmetry that relates bosons and fermions. If supersymmetry is realized in nature, it could provide a solution to the hierarchy problem, and one of the new particles it predicts could explain dark matter. In this thesis, I study supersymmetric models in which the lightest supersymmetric particle can be responsible for dark matter. I discuss a scenario in which the supersymmetric partner of the top quark called stop is the next-to-lightest supersymmetric particle in the constrained Minimal Supersymmetric Standard Model. Mass limits and various decay branching fractions are considered when the allowed parameter space for the scenario is determined. If the mass of stop is close to the mass of the lightest supersymmetric particle, one can obtain the observed dark matter density. The scenario leads to a novel experimental signature consisting of high transverse momentum top jets and large missing energy, which can be used to probe the model at the LHC. I also discuss an extended supersymmetric model with spontaneous charge-parity (CP) violation and a right-handed neutrino. When CP is spontaneously violated, a light singlet scalar appears in the particle spectrum, which provides new annihilation channels for the lightest supersymmetric particle. In the model, a neutralino or a right-handed sneutrino can produce the observed dark matter density. Dark matter direct detection limits are found to be especially constraining for right-handed sneutrinos. Supersymmetria on ehdotettu bosonien ja fermionien välinen symmetria, joka laajentaa hiukkasfysiikan standardimallia. Supersymmetrian seurauksena jokaisella standardimallin hiukkasella on supersymmetrinen partneri. Jos supersymmetria on olemassa oleva symmetria, se voi ratkaista hierarkiaongelman, joka liittyy Higgsin bosonin massaskaalan luonnollisuuteen standardimallissa. Tämä väitöskirja käsittelee supersymmetrisiä malleja, joissa kevyin supersymmetrinen hiukkanen voi olla pimeän aineen selittävä hiukkanen. Tutkin minimaalisessa supersymmetrisessä standardimallissa skenaariota, jossa top-kvarkin supersymmetrinen partneri stop on toiseksi kevyin supersymmetrinen hiukkanen. Skenaarion sallittu parametriavaruus selvitetään huomioiden kokeelliset massarajat ja eräiden hiukkasten hajoamisprosessien kokeelliset rajat. Jos stopin massa on lähellä kevyimmän supersymmetrisen hiukkasen massaa, pimeää ainetta voidaan saada oikea määrä. Skenaario tuottaa mielenkiintoisen kokeellisen jäljen, jota voidaan etsiä LHC:ssä. Tämä jälki, joka syntyy supersymmetristen hiukkasten hajoamisten seurauksena, koostuu top-kvarkkien tuottamista hiukkassuihkuista ja kiihdyttimen ulkopuolelle katoavasta energiasta. Toinen tutkimani malli on laajennettu supersymmetrinen malli, jossa on spontaani varaus-pariteetti symmetriarikko ja oikeakätinen neutriino. Tämä spontaani symmetriarikko aiheuttaa sen, että hiukkasspektri sisältää kevyen skalaarihiukkasen, mikä mahdollistaa uusia annihilaatiokanavia kevyimmälle supersymmetriselle hiukkaselle. Mallissa neutraliino tai…