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Non-thermal dark matter in supersymmetric models with a 125 GeV Higgs

We study the phenomenology of supersymmetric theories where a non-thermally produced neutralino can play the role of dark matter. Focusing on models which give a correct Higgs mass around 125 GeV, no dark matter overproduction and satisfay all existing exparimental bounds from colliders, cosmic microwave background data, direct and indirect dark matter searches, we find that the neutralino has to be Higgsino-like with a mass around 300 GeV

We study the phenomenology of the CMSSM/mSUGRA with non-thermal neutralino dark matter. Besides the standard parameters of the CMSSM we include the reheating temperature as an extra parameter.

Imposing radiative electroweak symmetry breaking with a Higgs mass around 125 GeV and no dark matter overproduction, we contrast the scenario with different experimental bounds from colliders (LEP, LHC), cosmic microwave background (Planck), direct (LUX, XENON100, CDMS, IceCube) and indirect (Fermi) dark matter searches. The allowed parameter space is characterised by a Higgsinolike LSP with a mass around 300 GeV.

The observed dark matter abundance can be saturated for reheating temperatures around 2 GeV while larger temperatures require extra non-neutralino dark matter candidates and extend the allowed parameter space. Sfermion and gluino masses are in the few TeV region. These scenarios can be achieved in string models of sequestered supersymmetry breaking which avoid cosmological moduli problems and are compatible with gauge coupling unification.

Astrophysics and particle physics experiments will fully investigate this non-thermal scenario in the near future.

Authors: Luis Aparicio (ICTP, Trieste), Michele Cicoli (ICTP, Trieste & Bologna U., Dept. Astron. & INFN, Bologna), Bhaskar Dutta (Texas A-M), Sven Krippendorf (Oxford U., Theor. Phys.), Anshuman Maharana (Harish-Chandra Res. Inst.), Francesco Muia (Bologna U., Dept. Astron. & INFN, Bologna), Fernando Quevedo (ICTP, Trieste & Cambridge U., DAMTP)

Published in Journal of High Energy Physics 1505 (2015) 098

DOI: 10.1007/JHEP05(2015)098

e-Print: arXiv:1502.05672 [hep-ph]

Materia oscura non-termica in modelli supersimmetrici con un Higgs di 125 GeV

Studiamo la fenomenologia di teorie supersimmetriche laddove neutralino non-termici possono avere ruolo di materia oscura. Si trova che questi neutralino debbono essere di tipo Higgsino con la massa introno a 300 Gev.

In questo articolo si studia la fenomenologia del CMSSM/mSUGRA dove la materia oscura è un neutralino non-termico. Oltre ai parametri standard del CMSSM, si include anche la temperatura di reheating come parametro extra.

Imponendo la rottura della simmetria elettrodebole a livello radiativo con una massa dell'Higgs intorno a 125 GeV e nessuna sovrapproduzione di materia oscura, si confronta questo scenario con diversi vincoli sperimentali da collisionatori (LEP, LHC), radiazione cosmica di fondo (Planck) e ricerche di materia oscura dirette (LUX, XENON100, CDMS, IceCube) ed indirette (Fermi).

Il risultante spazio dei parametri ancora valido è caratterizzato da un neutralino di tipo Higgsino con una massa intorno a 300 GeV. L'abbondanza di materia oscura osservata può essere saturata per una temperatura di reheating intorno a 2 GeV mentre temperature più alte richiedono candidati extra di materia oscura permettendo di estendere lo spazio dei parametri ancora valido.

Le masse degli sfermioni e dei gluini sono nella regione di alcuni TeV. Questi scenari posso essere realizzati in modelli di stringhe con rottura della supersimmetria sequestrata dove non si presentano problemi cosmologici legati ai moduli e si ottiene l'unificazione delle costanti di accoppiamento. Futuri esperimenti di astrofisica e fisica delle particelle riusciranno a breve a testare completamente questo scenario non-termic.