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标准模型的理论预言和粒子物理实验的惊人符合标志着在一定层次上标准模型是描述自然界的正确规律。但是标准模型存在的各种问题表明它可能只是一种正确的低能有效理论。例如,在标准模型的框架下没有合适的暗物质候选者。超对称模型作为一种很优美的新物理理论,可以自然提供暗物质的候选者。所以超对称暗物质的研究最近成为国际研究的热点之一。最近几年我们在超对称暗物质方面作了如下的研究工作:
1.我们给出了超弱相互作用的暗物质对最小超引力模型参数空间的限制。超弱相互作用的引力微子(gravitino)是最小超引力模型给出的一种很自然的暗物质候选者。我们使用相关的轻核天文观测数据对次轻超对称粒子的寿命和衰变产物进行限制,给出了最轻和次轻超对称粒子的质量上下限,并进一步使用WMAP所测量的暗物质残余量的数据对最小超引力的参数空间进行了限制,发现对tanβ小的区域(<40)的参数空间有很强的限制,加上其它的实验限制,μ<0的参数空间几乎被排除掉。
2.我们提出了能标分离的超对称(Split-SUSY)解释暗物质的一种新的可能性。能标分离的超对称放弃了解决等级性问题的要求,只要求超对称提供足够的暗物质及满足成功的规范耦合大统一。我们提出能标分离超对称质量谱的一种新的可能性,即gluino作为最轻的gaugino,它可以通过晚期衰变到gravitino提供暗物质。使用WMAP的数据,我们可以得到gluino的质量下限为14TeV。同时我们发现这种质量谱还可以满足规范耦合大统一的要求。
3.我们探讨了能标分离的超对称下neutralino暗物质对相关参数的限制及其在对撞机上的观测效应。通过暗物质的限制可以给出SplitSUSY参数的限制及某些类型超对称粒子的质量上限。我们得出在M2=2M1时chargino质量必须小于1TeV,而在其它的情况下(如M1很大,M2很大或者μ很大),chargino的质量小于2-3TeV。最后我们研究了在未来对撞机LHC和ILC上chargino的产生截面,发现在LHC上某些参数空间可以给出chargino的产生率大于1pb,在ILC上参数空间的部分区域给出chargino产生截面大于l00fb,而其它的参数区域对应的产生截面很小。这表明Split-SUSY在未来对撞机上不一定会被发现。
4.我们研究了超对称模场凝聚所形成Q-球的晚期衰变效应。为了解释自然界暗物质和重子类物质具有相同量级的巧合,我们使用晚期衰变的Q-球来表明暗物质的产生和重子类物质的产生有着共同的根源。我们用Q-球的衰变产物gravitino来提供暗物质,同时使用L-球来解释轻核元素丰度的问题;我们使用重子类型的Q-球给出一种新的核合成过程,这可以较好的改进BBN预言和实验观测的符合程度。
我们的这些研究为暗物质的探寻和在对撞机上寻找超对称提供某些线索,同时也对天体物理的一些有争议的问题给出可能有意义的解答。