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暗物质在Seesaw机制扩充的NMSSM模型中的对比研究

潘雨丝  
【摘要】:尽管标准模型在粒子物理领域的地位是毋庸置疑的,但是在暗物质候选者和中微子质量问题上却无能为力。诸多宇宙和天文观测实验(例如星系旋转曲线、星系团中X射线气体的行为、引力透镜、星系红移和宇宙微波背景辐射等)都证实了宇宙中存在大量的暗物质;中微子振荡实验则表明了中微子具有极小的非零质量。暗物质的存在和中微子质量问题意味着新物理的出现,超对称(SUSY)是最受欢迎的新物理模型之一,它包括最小超对称标准模型(MSSM)、次最小超对称模型(NMSSM)和-SUSY等多种理论形式。当R宇称守恒时,NMSSM模型自然地提供两个类-WIMP粒子sneutrino和neutralino为暗物质候选粒子。然而,sneutrino暗物质由于湮灭太快、产生的残留密度太小而被排除,随着暗物质直接探测实验PandaXII、LUX和XENON-1T数据的不断积累,对neutralino暗物质的限制也越来越苛刻。我们希望构建一个新的物理模型,同时能解决暗物质候选者问题和中微子质量问题。Seesaw机制通过引入右手中微子场来解决中微子质量问题。将Type-I Seesaw和Inverse Seesaw分别加入NMSSM模型中进行扩展,都可以得到sneutrino为最轻超对称粒子(LSP)的暗物质候选粒子,同时可以赋予中微子质量。Type-I Seesaw在NMSSM模型中加入一个右手中微子场N,但该模型中汤川耦合系数过小,导致对撞机上产生不了可观测到的右手中微子。Inverse Seesaw在NMSSM模型中加入两个右手中微子场^,^(3,该模型中右手中微子与标准模型中微子的混合很大,从而可以避免上述问题。在本文中,我们对sneutrino暗物质分别在Type-I Seesaw和Inverse Seesaw扩充的NMSSM模型中的唯象学性质做了对比性研究,结论如下:两模型中的sneutrino暗物质在LUX-2017和XENON-1T实验结果的限制下都有大面积的存活点,加入Fermi-LAT的限制后被排除的点也很少,成功地规避了暗物质探测实验上的严苛限制。相比之下,ISS-NMSSM模型比Type-I Seesaw模型具有更多的优越性,它不但继承了NMSSM和Inverse Seesaw的所有优点,而且比较容易逃脱暗物质直接探测实验的限制。同时,我们还发现sneutrino和单线性Higgs场的相互作用可以解释暗物质残留密度的测量值,并预测一个暗物质直接探测实验和间接探测实验都能接受的截面。


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