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Direct Search of Dark Matter
in High-scale SUSY
永田夏海
名古屋大学
2013年3月26日
第68回年次大会
J. Hisano, K. Ishiwata, N. Nagata, Phys. Rev. D87, 035020 (2013) .
SUSY SM
超対称標準模型 (SUSY SM)
スケール
超対称性粒子
TeV
EW
標準模型粒子
SUSY SM
超対称標準模型 (SUSY SM)
スケール
超対称性粒子
TeV
EW
標準模型粒子
直接探索
SUSY SM
超対称標準模型 (SUSY SM)
スケール
TeV
EW
超対称性粒子
126 GeV
ヒッグス粒子
標準模型粒子
直接探索
SUSY SM
超対称標準模型 (SUSY SM)
スケール
超対称性のスケールが高い？？
TeV
EW
超対称性粒子
126 GeV
ヒッグス粒子
標準模型粒子
直接探索
特徴
超対称性のスケールが高い場合の超対称標準模型も現象論的に
魅力的な性質を持っている．
 126 GeVのヒッグス粒子が説明できる
(重いstopによる輻射補正の効果)
 CP・フレーバー問題を回避できる
(超対称性粒子の質量で抑制される)
 グラビティーノ問題を回避できる
(グラビティーノが重いため)
 ゲージ結合定数の統一が保たれる
さらに，暗黒物質(DM)候補も備わっている.
w/ 軽いゲージーノ
(カイラル対称性)
質量スペクトル
一般的なケーラー・ポテンシャルと，超対称性を破る場が何らかの
対称性の下で量子数を持つことを仮定
(ループ因子の分軽くなる)
アノマリー媒介機構
L. Randall and R. Sundrum (1998)
G.F. Giudice, M.A. Luty, H. Murayama, R. Rattazzi (1998)
ヒッグシーノも軽くなりうる
(他に対称性がある場合)
暗黒物質
仮定
この模型における，最も軽い超対称性粒子(LSP)が宇宙の
暗黒物質を占めている
熱残存量
•
•
ウィーノ (3 TeV)
ヒッグシーノ (1 TeV)
スカラー粒子
グラビティーノ (103 TeV)
これらの暗黒物質の直接探索を考えたい
暗黒物質・核子弾性散乱
断面積
の精密計算が重要
ダイアグラムツリー・レベル
``Higgs” contribution
これらの相互作用は
暗黒物質と核子質量
との結合
有効結合定数
をもたらす．
(Zij: ニュートラリーノ混合行列)
ダイアグラム 1ループ
``Scalar”
``twist-2”
ツイスト-2 演算子
ツイスト-２演算子は
暗黒物質とクォーク
運動量との結合
をもたらす．
これらの過程は，暗黒物質の質量が電弱スケール
よりも十分重くても小さくならない．
J. Hisano, S. Matsumoto, M. Nojiri, O. Saito, Phys. Rev. D 71 (2005) 015007.
ダイアグラム 2ループ
``Gluon” contribution
Mass fractions for proton
グルーオンの寄与は，高次ループの寄与であってもクォークの寄与
と同程度になりうる．
核子質量に対するグルーオンの寄与が大きいことに起因する・
J. Hisano, K. Ishiwata, and N. Nagata, Phys. Lett. B 690 (2010) 311.
Wino-like DM 陽子との有効結合定数
tanβ = 1, 2, 5, 50
(from top to bottom)
tanβ = 1, 2, 5, 50
(from bottom to top)
各々の寄与の間で打ち消し合いが起こっている．
Wino-like DM 陽子との散乱断面積
•
ループの寄与とツリーの寄与とが打ち消し合って
いるため，断面積が非常に小さくなる場合がある．
•
多くの領域で，ループの寄与が主になっている．
Wino-like DM 陽子との散乱断面積
tanβが小さい場合，ループの寄与とツリーの寄与
とが重なり合う場合がある．
結果として，多くの場合，暗黒物質直接探索の将来実
験で検出可能な範囲内の断面積が予言されるとわかっ
た．
Results Higgsino-like DM
Summary
•
超対称性の破れるスケールが高い場合に関して，
暗黒物質と核子との弾性散乱断面積を計算した．
•
多くの領域で，ループの寄与が主要になりうると
わかった．
•
ループの寄与とツリーの寄与との間に打ち消し合
いがあるとわかった．
•
結果得られた断面積は，将来実験で探索しうる範
囲にありうるとわかった．
Backup
Results Higgsino LSP
tanβ = 1, 2, 5, 50
(from top to bottom)
tanβ = 1, 2, 5, 50
(from bottom to top)
Results
Loop contributions only
The SI cross section is almost independent of the wino mass.
J. Hisano, K. Ishiwata, and N. Nagata, Phys. Lett. B 690 (2010) 311.
Nucleon matrix elements
•The mass fractions ( for the scalar-type quark operators)
•For the twist-2 operators
The second moments of the parton distribution functions (PDFs)
Trace anomaly of energy-momentum tensor in QCD
The matrix element of gluon field strength tensor can be evaluated by using
the trace anomaly of the energy-momentum tensor in QCD
The trace anomaly of the energy-momentum tensor in QCD (Nf=3)
Heavy quark contribution
Gluon contribution
M. A. Shifman, A. I. Vainshtein and V. I. Zakharov, Phys. Lett. B 78 (1978) 443.
SI coupling of Majorana DM with nucleon
The effective coupling of DM with nucleon is given as follows:
Suppressed by
The gluon contribution can be comparable to
the quark contribution even if the DM-gluon
interaction is induced by higher loop
diagrams.
Mass fractions for proton
Elastic scattering cross section
One can derive the SI cross section by using the SI effective
couplings as follows :
From now on, we just show the results for the SI cross
section of WIMP DM with a proton as a reference value.
Higgs mass
The 125 GeV Higgs boson mass is easily accounted.
125 GeV
Small tanβ is favored
mt= 173.2 ± 0.9 GeV
M. Ibe, T.T. Yanagida (2012).

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