Resonant dark matter production through a new spin-1 massive mediator

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Mateus Junior, Marcio de Sousa
• Orientador(a): Silveira, Gustavo Gil da
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Matéria escura; Física de partículas elementares; Cosmologia
• Palavras-chave em Inglês: Dark matter; Particle physics; Cosmology; Simplified models; Massive mediators
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/276460

Pesquisas e modelos para matéria escura (ME) estiveram na vanguarda da física ao longo da última década. Diversos modelos foram propostos, onde espera-se que se justifique aspectos cosmológicos conhecidos a respeito da ME, como explicar a sua abundância produzida no Universo primordial, assim como reproduzir o comportamento de galáxias e estruturas de larga escala que se acredita serem afetados pela presença de ME, por exemplo. Também é desejável que um bom candidato à ME proponha observáveis que possam ser vistos em experimentos atuais e futuros, como seções de choque altas o suficiente para serem de fato detectadas e processos cuja emissão de partículas do SM possa ser constatada. Além disso, modelos teóricos não podem fugir de restrições de conservação e simetria já conhecidas, e usualmente precisam respeitar os mecanismos de produção, espalhamento e (co)aniquilação, caso na hipótese de que seja proposto uma nova partícula nos moldes já estabelecidos por uma teoria quântica de campos. A busca por novos mediadores com o setor escuro em aceleradores, como o Grande Colisor de Hádrons (LHC), tentam caracterizar nos dados evidências por novas interações, onde processos de nova física, caso sejam observados, precisam incluir restrições cosmológicas e astrofísicas para que possam ser identificados como provenientes da ME. Realizamos cálculos da densidade de relíquia de ME para processos realçados por cenários de ressonância no canal s. Tal avaliação não é trivial e é raramente abordada na literatura. Além de apresentar o cálculo apropriado da densidade de relíquia em cenários de ressonância, também demonstramos como esses processos poderiam ser evidenciados pela emissão de um fóton do estado inicial, na forma de uma correção radiativa para a radiação inicial do processo. Este trabalho analisa um modelo de interação simplificado, consistente com a física do modelo padrão atual, mas introduz um novo mediador spin-1 para interagir com três partículas potenciais que poderiam constituir parte ou toda a ME presente no Universo. Mostramos que tanto o cálculo correto da densidade de relíquia quanto a fatorização para esta radiação inicial têm implicações no espaço de parâmetros observado para tais processos. Isso leva a correções nas previsões feitas para colisores de partículas, especialmente o LHC e futuros colisores elétron-pósitron.