Estudo fenomenológico extensivo em modelos de matéria escura
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Data
2021-09-03
Autores
Duarte, Laura Cristina [UNESP]
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
O trabalho apresentado nesta tese tem como objetivo o estudo fenomenológico de modelos de Matéria Escura. Abordamos três diferentes teorias, o modelo escotogênico singleto + tripleto, o modelo com férmions de dimensão canônica de massa um e uma versão minimamente modificada do modelo com uma dimensão extra Universal. Reexaminamos o modelo escotogênico singleto + tripleto que possui uma fenomenologia viável e substancialmente mais rica que a primeira versão proposta do modelo, o escotogênico simples. Fizemos um estudo fenomenológico mais detalhado do candidato escalar de Matéria Escura dessa teoria, atualizando as principais restrições teóricas e experimentais. Investigamos a detecção direta nos experimentos atuais e fizemos uma análise de detecção indireta por meio de raios-γ. Além disso, estudamos o sinal monojato no LHC e concluímos que esse estado final pode ser relevante para pesquisas futuras no LHC para luminosidades mais altas que serão acessíveis ao HL-LHC. O estudo do modelo com o férmion de dimensão canônica de massa um foi realizado utilizando um viés mais teórico. Calculamos as amplitudes de espalhamento para a autointeração do novo férmion e para seu acoplamento com o bóson de Higgs. Analisamos o caso especial em que esse férmion está restrito a mover-se sobre o eixo-z, conhecido como o eixo em que sua localidade é obtida. Verificamos que a probabilidade de que os espalhamentos ocorram é garantida nesse limite, já que as amplitudes obtidas são convergentes. Retomando a fenomenologia, analisamos a Matéria Escura fermiônica no contexto do modelo com uma dimensão extra Universal, modificado através da inclusão de operadores de dimensão canônica de massa cinco. Estabelecemos limites no espaço de parâmetros dessa teoria utilizando dados do canal monojato e confrontando os resultados com dados cosmológicos de densidade de relíquia. Verificamos que existe um intervalo de escala de compactificação e massas de Matéria Escura compatíveis com os limites experimentais e cosmológicos.
The present work focused on the phenomenological study of dark matter models. We analyzed three theories, the singlet + triplet scotogenic model, the mass dimension one fermions model and a minimally modified version of the minimal Universal extra dimension model. We reexamined the singlet + triplet scotogenic model which has a viable and substantially richer phenomenology than the original scotogenic model. We performed a more detailed phenomenological study of the scalar dark matter, updating the main theoretical and experimental constraints. We have investigated direct detection of dark matter in the current experiments and we have done an analysis of indirect probes via γ-rays. Furthermore, we studied the monojet channel at LHC and concluded that this final state may be relevant for future search at LHC for higher luminosity, HL-LHC. The study of the mass dimension one fermion was carried out using a more theoretical bias. We calculated the scattering amplitudes for the self-interaction of the new fermion and for its coupling with Higgs boson. We analyze the special case in which the fermion is restricted to moving about the z-axis, known as the locality axis of this particle. We verified the probability conservation for the scatterings in this limit, since the obtained amplitudes are convergent. Returning to phenomenology, we analyzed a fermionic dark matter in the context of minimal universal extra dimension model, modified by the inclusion of mass dimension five operators. We derive some limits on the parameter space of this theory using data from monojet channel and cosmological relic density, verifying that there is a range of compactification scale and dark matter masses compatible with experimental and cosmological constraints
The present work focused on the phenomenological study of dark matter models. We analyzed three theories, the singlet + triplet scotogenic model, the mass dimension one fermions model and a minimally modified version of the minimal Universal extra dimension model. We reexamined the singlet + triplet scotogenic model which has a viable and substantially richer phenomenology than the original scotogenic model. We performed a more detailed phenomenological study of the scalar dark matter, updating the main theoretical and experimental constraints. We have investigated direct detection of dark matter in the current experiments and we have done an analysis of indirect probes via γ-rays. Furthermore, we studied the monojet channel at LHC and concluded that this final state may be relevant for future search at LHC for higher luminosity, HL-LHC. The study of the mass dimension one fermion was carried out using a more theoretical bias. We calculated the scattering amplitudes for the self-interaction of the new fermion and for its coupling with Higgs boson. We analyze the special case in which the fermion is restricted to moving about the z-axis, known as the locality axis of this particle. We verified the probability conservation for the scatterings in this limit, since the obtained amplitudes are convergent. Returning to phenomenology, we analyzed a fermionic dark matter in the context of minimal universal extra dimension model, modified by the inclusion of mass dimension five operators. We derive some limits on the parameter space of this theory using data from monojet channel and cosmological relic density, verifying that there is a range of compactification scale and dark matter masses compatible with experimental and cosmological constraints
Descrição
Palavras-chave
matéria escura, fenomenologia, Dark Matter, Phenomenolgy, Matéria escura (Astronomia), Teorias fenomenológicas (Física), Matéria interestelar