Contribuições do modelo escotogênico à procura de matéria escura no experimento DUNE

Abstract

Esta tese tem como objetivo principal realizar um estudo fenomenológico de um candidato à matéria escura (DM). Para alcançar tal objetivo, optamos por investigar o Modelo Escotogênico Singleto + Tripleto (MEST) e aplicar suas previsões no contexto do experimento DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment). No âmbito deste estudo, exploramos a viabilidade de uma das partículas do MEST, especificamente a componente real neutra do dubleto estalar ηR, desempenhar o papel de candidato a matéria escura. Além da análise das interações propostas, discutimos a relevância de modelos que extrapolam o escopo do MP, destacando o MEST como uma alternativa teórica valiosa e promissora. Esse modelo não apenas apresenta uma estrutura conceitual robusta, como também propõe uma abordagem inovadora para a elucidação de fenômenos que permanecem desafiadores para as formulações teóricas vigentes. Em particular, o MEST fornece previsões testáveis relacionadas a dois dos maiores problemas em aberto da física de astropartículas: o mecanismo de geração de massa dos neutrinos e a natureza da matéria escura. De maneira mais ampla, destacamos a relevância do experimento DUNE não apenas na física de neutrinos, mas também na física de partículas como um todo.

The main goal of this thesis is to conduct a phenomenological study of a candidate for dark matter (DM). To achieve this goal, we chose the Singlet + Triplet Scotogenic Model and applied its predictions in the context of the Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE). Within the scope of this study, we explore the viability of one of the particles predicted by the MEST —specifically, the neutral real component of the scalar doublet, ηR — to act as a viable dark matter candidate. In addition to analyzing the proposed interactions, we discuss the relevance of models that go beyond the Standard Model, highlighting MEST as a valuable and promising theoretical alternative. This model not only presents a robust conceptual framework but also offers an innovative approach to addressing phenomena that remain challenging within current theoretical structures. In particular, MEST provides testable predictions concerning two of the most significant open problems in astroparticle physics: the mechanism of neutrino mass generation and the nature of dark matter. More broadly, we emphasize the relevance of the DUNEexperiment not only in neutrino physics but also in particle physics in general.