新物理模型和暗物质唯象

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现有的暗物质理论认为暗物质最佳候选者为弱相互作用的有质量粒子(WIMP),但已经被证实的粒子物理模-型标准模型中,并未给出暗物质候选者。为了探测暗物质究竟为何种粒子,如今存在三大类的实验:直接探测,间接探测,和对撞机探测,从而实现对现有标准模型的拓展。本文主要介绍三类模型,最小超对称模型的拓展,U(1)B-L有效势模型,以及top-philic简化模型。  首先我们介绍了ISMSSM模型的简化模型,模型中我们以sneutrino作为最轻的超对称粒子,简化模型中包含有stop,chargino/neutralino,以及sneutrino。我们利用LHC8TeV的超对称探测对该模型进行约束,发现8TeV的结果给予简化模型的参数空间以很强的限制,比如,stop和chargino的质量分别被排除到了900GeV以及550GeV。之后我们又对NMSSM模型进行了相应研究,用以解释由Fermi-LAT发现的10GeV附近的光子谱超出信号。我们在NMSSM模型的框架下,发现当NMSSM具有Z3离散对称性的时候,暗物质质量为CP-odd希格斯玻色子质量一半的情况下(共振)可以很好的解释10GeV附近的光子谱超出信号。同时我们需要暗物质和Z玻色子之间具有相对较大的耦合来满足正确的剩余丰度。同时我们也对hidden-sector的情况进行了研究,发现,后者较难满足实验结果。  而后本文讨论了U(1)B-L模型中具有偶然暗物质的模型,这是个中微子模型,其中辐射修正在U(1)B-L部分破坏了能标不依赖性。这里实标量场可以作为暗物质候选者,同时具有Z3离散对称性的复标量场也可以作为暗物质候选者。二者都可以得到正确的剩余丰度,通过希格斯玻色子或者暗希格斯玻色子可以有效进行暗物质湮灭。在暗希格斯情况下,会受到LHC上关于ZB-L的限制,从而只有很重的暗物质,大概在1TeV左右,可以满足条件。而在Z3离散对称性情况下,相应的情况可以得到很好的缓解,因为暗物质可以通过半湮灭来实现正确的剩余丰度,较轻的暗物质较为简单的可以在该模型中得以实现。并且,在该情况下,我们可以用于解释Fermi-LAT的10GeV左右的光子谱超出。最佳拟合点的暗物质质量为52GeV,其湮灭截面何以和暗物质剩余丰度同同时解释。这里的希格斯玻色子不可见衰变可以几乎被忽略,由于这时候希格斯玻色子的三次耦合项非常的小λhφ≤10-3。  最后我们对简化模型进行了讨论。从拉氏量出发,考虑暗物质通过一个标量传播介子进行湮灭,传播介子和顶夸克有耦合,暗物质本身为费米子,我们称该模型为top-philic暗物质模型。本文在多维参数空间中,利用暗物质的剩余丰度,直接探测,间接探测,对撞机探测这四个方面进行参数空间限制。在对撞机部分,发现对于模型不同的参数空间,不同的末态(包括顶夸克,光子,jet,以及丢失能量)的限制各不相同。该研究中,相关的LHC模拟中,暗物质产生用了高阶修正的结果。
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