Upload
consolata-angelini
View
216
Download
2
Tags:
Embed Size (px)
Citation preview
Breve aggiornamento Breve aggiornamento sullo stato e prospettive della sullo stato e prospettive della
ricerca diretta di Materia Oscuraricerca diretta di Materia Oscura
Antonio Masiero
Padova, 12 Maggio 2010
TEN COMMANDMENTS TO BE A “GOOD”
DM CANDIDATE • TO MATCH THE APPROPRIATE RELIC DENSITY
• TO BE COLD
• TO BE NEUTRAL
• TO BE CONSISTENT WITH BBN
• TO LEAVE STELLAR EVOLUTION UNCHANGED
• TO BE COMPATIBLE WITH CONSTRAINTS ON SELF – INTERACTIONS
• TO BE CONSISTENT WITH DIRECT DM SEARCHES
• TO BE COMPATIBLE WITH GAMMA – RAY CONSTRAINTS
• TO BE COMPATIBLE WITH OTHER ASTROPHYSICAL BOUNDS
• “TO BE PROBED EXPERIMENTALLY”
BERTONE, A.M., TAOSO
WIMPS (Weakly Interacting Massive
Particles)
#~# m
# exp(-m/T)# does not change any more
Tdecoupl. typically ~ m /20
depends on particle physics (annih.) and “cosmological” quantities (H, T0, …
h2_ ~ 10-3
<(annih.) V > TeV2
~ 2 / M2 From T0 MPlanck
h2 in the range 10-2 -10-1 to be cosmologically interesting (for DM)
m ~ 102 - 103 GeV (weak interaction) h2 ~ 10-2 -10-1 !!!
THERMAL RELICS (WIMP in thermodyn.equilibrium with the
plasma until Tdecoupl)
COSMO – PARTICLE
CONSPIRACY
STABLE ELW. SCALE WIMPs from STABLE ELW. SCALE WIMPs from PARTICLE PHYSICS PARTICLE PHYSICS
1) ENLARGEMENT OF THE SM
SUSY EXTRA DIM. LITTLE HIGGS. (x, ) (x, ji) SM part + new part
Anticomm. New bosonic to cancel 2
Coord. Coord. at 1-Loop2) SELECTION RULE
DISCRETE SYMM.
STABLE NEW PART.
R-PARITY LSP KK-PARITY LKP T-PARITY LTP
Neutralino spin 1/2 spin1 spin0
3) FIND REGION (S) PARAM. SPACE WHERE THE “L” NEW PART. IS NEUTRAL + ΩL h2 OK
* But abandoning gaugino-masss unif. Possible to have mLSP down to 7 GeV
mLSP
~100 - 200
GeV *
mLKP
~600 - 800
GeV
mLTP
~400 - 800
GeV
Bottino, Donato, Fornengo, Scopel
DM and the SUSY parameter space
D. Cerdeno, WONDER10
DM and Extra Dimensions
8
New Physics : approximate LHC reach (one experiment) for some benchmark scenarios (√s = 7 TeV, unless otherwise stated)
Z’ (SSM): Tevatron limit ~ 1 TeV (95% C.L)
50 pb-1 : exclusion up to ~ 1 TeV (95% C.L.)500 pb-1 : discovery up to ~ 1.3 TeV exclusion up to ~ 1.5 TeV1 fb-1 : discovery up to ~ 1.5 TeV
W’ : Tevatron limit ~ 1 TeV (95% C.L)
10 pb-1 : exclusion up to 1 TeV100 pb-1 : discovery up to ~ 1.3 TeV1 fb-1 : discovery up to ~ 1.9 TeV exclusion up to ~ 2.2 TeV
SUSY ( ) : Tevatron limit ~ 400 GeV (95% C.L)
100 pb-1 : discovery up to ~ 400 GeV1 fb-1 : discovery up to ~ 800 GeV
˜ q , ˜ g
LHC will start to compete with the Tevatron in 2010, and should take over in 2011 in most cases.
FABIOLA GIANOTTI, La Thuile 2010
Supponiamo di trovare (parte dello spettro di) particelle SUSY a LHC: possiamo “ricostruire” chi sia lo
LSP, candidato WIMP di DM?
…ma se insieme troviamo la DMsinergia LHC - DM
ELLIS, OLIVE, SAVAGE
Neutralino-nucleon scattering cross sections along the WMAP-allowed coannihilation strip for tanbeta=10 and coannihilation/funnel strip for tanbeta=50 using the hadronic parameters
Ellis, Olive, Sandick
LHC Sensitivity
ELENA APRILE, WONDER10ELENA APRILE, WONDER10
Elena Aprile for the XENON Coll., WONDER10 at LNGS, March 23, 2010
HOOPER ET AL. 2010
XENON100 Collaboration
arXiv:1005.0380 [astro-ph.CO] submitted to PRL
Prospect with a 1-ton detector with noble liquids
E. Aprile, WONDER10
Qualche pensiero finaleQualche pensiero finale• La materia oscura richiede che ci sia una nuova particella che
non e’ presente nel Modello Standard particellare• Se questa e’ una particella da qualche GeV al TeV che
interagisce debolmente ( cioe’ un WIMP), allora con gli esperimenti di ricerca diretta attuali o che verranno fra un po’ ( es. con liquidi nobili: 100 litri ora, poi 1 ton) abbiamo buone chance di riuscire a trovarla
• Se la modulazione di DAMA/LIBRA e’ dovuta alla materia oscura, allora questa deve essere di tipo non-standard,
• Nel caso la particella WIMP sia il neutralino di SUSY, allora abbiamo buone probabilita’ di una sua “identificazione” incrociando I dati che vengono da LHC con quelli provenienti dalla ricerca diretta
• Naturalmente anche gli esperimenti di ricerca indiretta di materia oscura danno info molto rilevanti; in particolare se ricerca diretta + LHC ci facessero convergere a un candidato WIMP, almeno alcuni exps. di ricerca indiretta ( fotoni, antimateria) potrebbero essere in buona posizione per produrre una conferma della scoperta
IL GRAN SASSO HA UN VERO IL GRAN SASSO HA UN VERO ASSO NELLA MANICA CON LA ASSO NELLA MANICA CON LA
RICERCA DI MATERIA OSCURARICERCA DI MATERIA OSCURA: come tutti gli assi, bisogna giocarli
al momento giusto e con decisione, esser bravi e …avere
un po’ di fortuna