暗物质在Seesaw机制扩充的NMSSM模型中的对比研究

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λ-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PandaX-Ⅱ、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-ⅠSeesaw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-ⅠSee-saw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(v)，(X)，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-ⅠSeesaw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-ⅠSeesaw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。

目录

摘要

第一章 引言

第二章 标准模型

2．1 标准模型简介

2．1．1 标准模型框架

2．1．2 标准模型粒子组成

2．1．3 标准模型拉氏量

2．2 标准模型的局限

第三章 新物理模型简介

3．1 次最小超对称标准模型(NMSSM)

3．1．1 NMSSM模型的构建

3．1．2 NMSSM模型的粒子组成及拉氏量

3．1．3 NMSSM模型中的Higgs部分

3．1．4 NMSSM模型中的neutralino部分

3．2 Seesaw机制及其扩展

3．2．1 Seesaw机制

3．2．2 Type-Ⅰ Seesaw模型

3．2．3 Inverse Seesaw模型

第四章 暗物质物理

4．1 理论背景

4．1．1 观测证据

4．1．2 暗物质候选者

4．1．3 WIMPs

4．2 实验探测

4．2．1 直接探测

4．2．2 间接探测

4．2．3 对撞机

第五章 暗物质物理在Type-ⅠSeesaw和Inverse Seesaw扩充的NMSSM模型中的对比分析

5．1 NMSSM模型固定参数取值

5．2 Inverse Seesaw的数值结果

5．3 Type-ⅠSeesaw的数值结果

5．4 对比总结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间完成的论文

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