Fenomenología de modelos supersimétricos : partículas y materia oscura. - Pérez, Andrés Daniel (2020)
Dilucidar la composición de la materia oscura es uno de los temas abiertos más importantes en la fenomenología de partículas y astropartículas. Para ello, es necesario contar con un marco teórico de trabajo, y poder contrastar los resultados con experimentos capaces de detectar una señal proveniente de la materia oscura. Con respecto al marco teórico, los modelos supersimétricos se encuentran muy bien motivados y ofrecen candidatos viables a materia oscura. Por consiguiente, el compañero supersimétrico del gravitón, conocido como gravitino, surge como un candidato natural ya que solo es necesario asumir la existencia de gravedad en un contexto supersimétrico. En el marco de las extensiones supersimétricas mínimas del modelo estándar de partículas fundamentales, el ‘mu-from-nu supersymmetric standard model’, μνSSM, es capaz de reproducir toda la fenomenología conocida, incluyendo la masa y ángulos de mezcla de los neutrinos, dando además la posibilidad de encontrar señales de nueva física en un futuro cercano. Trabajando en el modelo mencionado, se estudió la detección en experimentos como Fermi–LAT de señales de rayos gamma provenientes del decaimiento del gravitino como materia oscura. Para ello se tuvo en cuenta todos los decaimientos del gravitino, complementando trabajos anteriores. La posibilidad de que se construya una nueva generación de detectores de rayos gamma en un futuro próximo, con la presentación a nivel internacional de propuestas concretas, motivó la inclusión del axino como candidato a materia oscura. El axino es el compañero supersimétrico del axión, y este último surge a partir de la conocida solución al problema denominado ‘strong CP problem’ del modelo estándar de partículas fundamentales. En esta tesis se ha analizado al axino como candidato a materia oscura el contexto del μνSSM por primera vez. Finalmente, se han estudiado escenarios con componente múltiple de materia oscura, en particular gravitinos y axinos ambos coexistiendo como constituyentes de la misma. Este escenario novedoso, incluye dos casos muy diferentes, cada uno con características distintivas: el axino más ligero que el gravitino y vice versa. Teniendo en cuenta la sensibilidad de futuros telescopios de rayos gamma en el rango energético MeV-GeV, se analizó la detectabilidad del axino y gravitino en los escenarios mixtos previamente mencionados. Se concluye que en casos especiales ambos pueden contribuir con una línea de rayos gamma como señal clara que indicaría la composición de la materia oscura.