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《重庆大学》 2018年
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暗物质现象学研究

吴红彦  
【摘要】:粒子物理标准模型是二十世纪最重要的物理学成果之一,它描述了组成物质的基本粒子及其相互作用,在唯象上取得了巨大成功。然而标准模型并不是一个十分完整的理论,暗物质就是它不能解释的问题之一。大量实验观测证明暗物质占宇宙总能量的四分之一左右,是宇宙中物质的主要组成部分。在粒子物理学中,为了解释暗物质问题,人们提出了各种各样的新物理模型,如超对称,额外维,轴子模型等。本文主要研究两种简单的标准模型拓展理论。第一种是Higgs粒子传递的标量暗物质(Higgs-portal scalar dark matter model,HSDM)模型。该理论在标准模型的基础上引入一个标量单态s作为暗物质,其中s只与标准模型中的Higgs粒子耦合。模型中的自由参数只有暗物质质量m_s和耦合常数?,因此对实验限制比较敏感。我们考虑了s是实标量和复标量的两种情况。通过普朗克卫星给出的暗物质残留密度,暗物质直接探测实验LUX2016和XENON1T的最新数据,LHC上间接给出的Higgs粒子不可见衰变分支比,和Fermi-LAT、H.E.S.S.给出的gamma射线谱等实验限制,我们将实标量暗物质质量共振区域限制在54.9-62.3GeV,大质量区域排除到834GeV;复标量暗物质的共振区域质量限制在53.8-62.2GeV,大质量区域排除到3473GeV。第二种是研究电中性Majorana粒子作为暗物质,本文以有效场理论方式研究Majorana暗物质模型。在此框架下它只与标准模型中的Z玻色子和Higgs粒子耦合,模型中的参数只有暗物质粒子质量和两个耦合常数。本文给出Majorana暗物质粒子湮灭到标准模型粒子末态截面的解析结果。通过暗物质残留密度、LUX2016、PandaX和XENON1T等实验限制,我们得到模型无关的参数空间。最后,我们将这些结果应用到singlet-doublet模型和最小超对称暗物质模型中。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:P145.9

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