在高能对撞机上研究暗物质性质

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天体物理和宇宙学观测表明,暗物质是宇宙中物质的主要成分.然而,除了引力之外.我们还不了解暗物质的其它相互作用性质,为了研究暗物质的微观粒子本质,需要在实验中将暗物质粒子探测出来.实验探测手段包括直接探测、间接探测和对撞机探测,在本论文中,我们主要研究对撞机上的暗物质唯象学.由于对撞机上的探测器不能探测暗物质粒子,暗物质产生过程表现为“丢失能量”信号.通过蒙特卡洛模拟,我们考查了对撞机搜寻暗物质的灵敏度,并与直接和间接探测实验的灵敏度比较,  在有效算符框架下,我们研究了未来正负电子对撞机上monophoton和mono-Z搜寻道的灵敏度,我们发现,采用适当的极化束流可以非常有效地提高灵敏度.如果对撞能量达到1TeV或3TeV,monophoton搜寻道可以检验Fermi-LAT数据中的银心线谱疑似信号,  在超对称模型中,通过共湮灭效应能够提高暗物质候选粒子(x)01的有效湮灭截面,从而得出正确的暗物质遗留密度.我们考虑了3种可能的共湮灭图像,并讨论它们对LHC搜寻标量顶夸克(t)1的影响.在这些图像中,LHC对(t)1的限制要比一般情况弱,  在一类(r) portal暗物质简化模型中,我们用暗物质湮灭到(τ)+(τ)-来解释Fermi-LAT数据中的银心GeV连续谱疑似超出信号.在LHC上,可以通过2(τ)-+(E)T,(τ)f(τ)h+(E)T和2(τ)l+(E)T这三个搜寻道来寻找模型里中介粒子的产生过程,我们发现,对于以费米子为中介粒子的模型,LHC有能力检验这种解释,  作为SppC预研的一部分,通过monojet+(E)T搜寻道,我们研究了对撞能量分别为33,50和100 TeV的未来pp对撞机对3种Zportal暗物质简化模型的探测能力,对撞机搜寻灵敏度在一些情况下能够胜过直接探测,也有可能探索遗留密度观测值允许的大部分参数空间。
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