暗物质模型构造和唯象

This research proposal studies the dark matter model building,.phenomenological consequences, and experimental searches: there exist tensions among various dark matter detection experimental results, thus, we will systematically propose the new dark matter models which can explain these experimental results consistently. For example, the dark matter models with isospin violations and/or multi-component dark matter. Also, we will study how to test these models at the Large Hadron Collider (LHC); We will systematically study the neutralino dark matter in the supersymmetric Standard Model (SM), and discuss how to test these models at the LHC and dark matter detection experiments; The ATLAS and CMS Collaborations at the LHC have found the signals of events for Higgs boson with mass around 125 GeV, thus, the SM electroweak vacuum is not stable at high energy. We will propose the new dark matter models which can solve such vacuum stability problem, and study the corresponding Higgs physics; How to search for the warm dark matter is a very important and interesting question, we will study it in details, and hopefully we can make a realistic proposal on it; We will systematically study the generalized asymmetric dark matter models, and we shall explain the coincident puzzle between the dark matter density and baryon density.

项目研究暗物质模型构造、唯象和将来的实验检验:针对各种暗物质探测实验结果之间的不相容性， 系统构造能自洽解释这些实验的新暗物质模型， 如同位旋破坏和多组分暗物质模型等。并且研究大型强子对撞机(LHC)上对这些暗物质模型的直接检验；系统研究超对称标准模型中的Neutralino 暗物质， 并讨论如何利用LHC和暗物质探测实验来共同寻找超对称；LHC的ATLAS 和 CMS研究小组已发现质量为125 GeV 的Higgs 粒子的迹象。故标准模型的电弱真空在高能标是不稳定的。我们将构造新的能解释标准模型电弱真空稳定性问题的暗物质模型， 并讨论对Higgs 物理的影响；如何寻找温暗物质是一个非常重要和有趣的课题，我们将对它作仔细研究， 并且希望能提出切实可行的方案; 我们将对正反不对称的暗物质模型作系统推广， 并解释暗物质密度和重子密度的巧合性问题。

各种天文学观测结果表明，在我们的宇宙中，除重子物质外，还存在着暗物质。暗物质在宇宙中的组份是普通物质的5倍左右，但其基本属性尚不清楚。目前探测暗物质的各种实验很多。总之，暗物质是超出标准模型的新物理，并与天文学和宇宙学有着紧密联系，故暗物质研究具有重大的科学意义，同时让人们更深入地认识自然界。本项目的主要研究内容是暗物质模型构造、唯象和将来的实验检验。其重要结果如下：针对各种暗物质探测实验结果之间的不相容性，我们系统构造了能自洽解释这些实验的具有同位旋破坏的暗物质模型。特别是最近 PANDAX 和 LUX 实验没有观测到暗物质信号，也许是因为同位旋破坏效应。我们提出了具有多个 Higgs Portal 的两组份暗物质模型，并讨论其相关唯象。我们提出了具有正反不对称暗物质的束缚态的模型，并研究了束缚态在大型强子对撞机 (LHC)上的信号。我们系统研究了超对称标准模型中的各种可能的暗物质。特别是最轻的超对称粒子 (LSP) Neutralino 暗物质，我们发现轻的 stau 和 LSP 共湮灭方案，Higgs Funnel 方案，和 Higgsino/Wino 为主要组份的 LSP Neutralino (暗物质剩余丰度小于观测值)可以和 PANDAX 和 LUX 实验相自洽。在次最小超对称标准模型中，我们用暗物质解释了银河中心伽马射线的超出，并讨论了在 LHC 上如何检验该模型。在具有 keV 能标 Gravitino 暗物质的超对称标准模型中，我们解释了3.5 keV X 射线。 在具有 Inverse Seesaw 机制的超对称标准模型中，考虑中微子的 Yukawa 耦合项，我们发现 Higgs 粒子的质量可以提升4 GeV 左右。同时我们证明了 Sneutrino 可以是暗物质，并具有正确的剩余丰度。特别是因为末态具有两个中微子和两个暗物质粒子，所以 LHC 超对称寻找的限制可以减弱。为了逃避 LHC 超对称寻找的限制，我们提出了重 LSP 超对称，并发现它不会引起精细调节问题。