Estudio de modelos simplificados de materia oscura usando el programa MasterCode

Abstract

ABSTRACT: In the present work, we perform a global analysis of a dark matter simplified model (DMSM) with a leptophilic spin-1 vector mediator that interacts with the Standard Model (SM) particles and connects them to the dark matter (DM) particles. The five parameters that characterise our model are the mass of the mediator (mY ), the mass of the DM particle (mDM) and the mediator couplings to the DM particles (gDM), to leptons (gl) and quarks (gq). In addition, we include some of the most recent experimental results as constraints on our model. In particular, we implement the most relevant results from the LHC experiments (from monojet, dijet and dilepton searches) and direct detection constraints (LUX, PandaX and XENON experiments). We also require our model to give the correct value for the DM relic density, in agreement with the cosmological observations from the Planck experiments on measuring the cosmic microwave background (CMB) anisotropies. The main tool used for this work is MasterCode, which is a framework that performs global analyses on multidimensional parameter spaces. Given our model, MasterCode computes the physics observables in all the parameter space and determines how well the model fits the experimental observations. We analyse the results on various planes of the parameter space, outlying which regions are excluded by the previous experiments and which ones are still a physical option.

RESUMEN: En este trabajo realizamos un análisis global de un modelo simplificado de materia oscura (DMSM) con un mediador vectorial leptofílico de spin-1 que interactúa con las partículas del Modelo Estándar (SM) y las conecta con las partículas de materia oscura (DM). Los cinco parámetros que caracterizan nuestro modelo son la masa del mediador (mY ), la masa de la partícula de materia oscura (mDM) y los acoplamientos del mediador a las partículas de materia oscura (gDM), a los leptones (gl) y a los quarks (gq). Además, incluimos algunos de los resultados experimentales más recientes como restricciones de nuestro modelo. En particular, implementamos los resultados más relevantes de los experimentos del LHC (de las búsquedas de monojets, dijets y dileptones) y de experimentos de detección directa (experimentos LUX, PandaX y XENON). También requerimos que nuestro modelo dé el valor correcto para la densidad reliquia de materia oscura, de acuerdo con las observaciones cosmológicas del experimento Planck que mide las anisotropías del fondo cósmico de microondas (CMB). La principal herramienta utilizada para este trabajo es el programa MasterCode, que realiza el análisis global en un espacio de parámetros multidimensional y determina lo bien que nuestro modelo se ajusta a las observaciones experimentales. Analizamos los resultados en varios planos del espacio de parámetros, destacando qué regiones están excluidas por los experimentos anteriores y cuáles siguen siendo una opción física.