Theoretical study on the search for the weak-charged thermal dark matter

寻找弱带电热暗物质的理论研究

基本信息

批准号：
20H01895
负责人：
松本重貴
金额：
$ 11.07万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H01895/
关键词：
暗黒物質直接探査間接探査加速器探査暗黒物質分布評価

项目摘要

今年度は前年度までの研究をさらに進展させると共に、新しい方向へも研究を進展させた。久野は、電弱相互作用を持つスピン１のベクター粒子が暗黒物質となる繰り込み可能な模型において、初期宇宙熱的に暗黒物質が生成され、それらが脱平衡したことで現在に残ったとの仮説（熱的残存仮説）のもと、暗黒物質の残存量についてSommerfeld効果を取り入れ評価を行なった。また、暗黒物質が電磁多極子能率を持つスピン１の軽いベクター粒子である模型が、重いベクター粒子模型の相互作用が小さい極限で導かれることに着目し、暗黒物質残存量、天体現象からの制限を明らかにした。白井は、加速器実験での暗黒物質シグナルを正確に予言するための理論計算を行った。弱電荷をもつ暗黒物質は電荷をもつ電弱パートナーが存在するが、その崩壊の仕方が加速器シグナルに重要な働きをする。本年度はウィーノ暗黒物質について、その荷電パートナーの崩壊率の高次補正を計算し、もっとも正確な推定を与えた。林は、銀河系矮小銀河のより正確な暗黒物質分布推定において重要な観測サーベイとなる、すばる望遠鏡超広視野多天体分光器(PFS)を想定した模擬データの作成を進めた。実際の矮小銀河と同様の星の色、等級、金属量、速度などを再現したデータを作成した。また、暗黒物質分布推定においてコンタミネーションとなるバイナリー星の影響を考慮するため、これらの星を含めたデータの作成を行った。松本は暗黒物質の模型においてしばしば導入される媒介粒子の物理について研究を発展させた。媒介粒子はその種類（スピンや相互作用等）により、様々な標準模型粒子に崩壊し、それが加速器における探査感度の評価に重要な役割を果たす。可能な崩壊モードをリスト化し、それぞれにおいて現実的なシミュレーションを行うことで、将来のLHC加速器実験や100TeV加速器実験における探査感度の評価を定量的に行った。

今年，我们不仅在去年的研究基础上取得了新的进展，而且在新的方向上推进了研究。 Kuno假设，在可重整化模型中，暗物质是具有电弱相互作用的自旋1矢量粒子，暗物质是在早期宇宙中热产生的，并由于去平衡而保持存在（基于热持久性假说），我们通过结合索末菲效应评估了暗物质的剩余量。此外，我们还重点关注了在重矢量粒子模型的相互作用较小的极限下导出了暗物质为自旋为 1 的轻矢量粒子且具有电磁多极效率的模型。白井进行了理论计算，以准确预测加速器实验中的暗物质信号。暗物质带有弱电荷，它的电弱伙伴带有电荷，它的衰变方式对加速器信号有重要影响。今年，我们计算了维诺暗物质带电伙伴衰变率的高阶修正，并提供了最准确的估计。 Hayashi 继续为斯巴鲁望远镜的超广角多目标光谱仪（PFS）创建模拟数据，这将是一项重要的观测调查，可以更准确地估计矮星系中的暗物质分布。研究人员创建的数据再现了与实际矮星系中类似的恒星的颜色、星等、金属丰度和速度。此外，为了考虑到双星的污染影响，在估计暗物质分布时，我们创建了包含这些恒星的数据。松本对介导粒子的物理学进行了研究，这些粒子经常被引入暗物质模型中。中介粒子根据其类型（自旋、相互作用等）衰变成各种标准模型粒子，这对于评估加速器的探测灵敏度起着重要作用。通过列出可能的衰变模式并对每种衰变模式进行现实模拟，我们定量评估了未来 LHC 加速器实验和 100 TeV 加速器实验中的探测灵敏度。