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Candidatos amateria
oscura a partirde portales de
Higgs
Jorge ArmandoArroyo
TroncosoIII Taller deGravitación,Física de
Altas Energíasy Cosmología,
ICF
Conclusiones
Candidatos a materia oscura a partir de portalesde Higgs
Jorge Armando Arroyo TroncosoIII Taller de Gravitación, Física de Altas Energías y Cosmología,
ICF
Julio 2015
Candidatos amateria
oscura a partirde portales de
Higgs
Jorge ArmandoArroyo
TroncosoIII Taller deGravitación,Física de
Altas Energíasy Cosmología,
ICF
Conclusiones
El SM no posee candidatos viables a materia oscura.
¿Es posible concebir una vía en el SM que permita explicar la naturalezade la materia oscura? ¡Quizá el Higgs tenga la respuesta!
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¿Qué es un portal de Higgs?
Los portales de Higgs1 son extensiones del sector de Higgs.Se introducen nuevos campos, escalares (S) o vectoriales (Xµ)Simetría discreta Z2 (estabilidad)Términos de interacción
S2H†H o XµXµH†H
perfectamente admisibles ,
Portal fermiónico λhf
Λ ψ̄ψH†H no renormalizable /
1Patt & Wilczek (2006)
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El portal escalar
Si 〈S〉 � mZ ⇒ materia oscura. Los términos más relevantes de Lson
L = −m2
2S2 − λhs
4S2H†H − λs
4S4. (1)
Después del rompimiento de EWS el Lagrangiano es
L = − 1
2µ2S︸︷︷︸
(1)
S2 − 1
4λhs
(h√2
)2
S2 − 1
4λhsv
2S2︸ ︷︷ ︸(2)
−1
4λhs√
2vhS2 (2)
⇒ término de masa para S
m2S = µ2
S +λhs2v2
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Conclusiones
Si mh/2 ≥ mS , el Higgs podría decaer de manera “invisible” en un parde escalares S.
hq
S
p
S
p′
⇒ Γh→SS =λ2hsv
2
32πmh
√1− 4
m2S
m2h
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Más aún, la materia oscura escalar se puede aniquilar en especies delSM por medio del intercambio del Higgs.
S
S
p′
h
p
qf̄
k
f
k′
−iM = u(s)(k)imf
vv̄(r)(k′)
i
q2 −m2h
iλhs
√2
2v
⇒ |M|2 = λ2hsm
2fE
2cm
(1−m2f/m
2S)
(4m2S −m2
h)2
⇒ 〈σSvr〉 =λ2hsm
2f
16π
(1−m2f/m
2S)3/2
(4m2S −m2
h)2
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Contribuciones a un loop
|Mtot|2 = |Mtree +M1−loop + · · · |2
q
p+ q
p
q
p+ q
p
q
p
k + p
k
p
q
p+ q
p
q
p′ + q
p− q
q
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Portal vectorial
De igual forma, para un campo Xµ se puede construir
LX =1
2µ2XµX
µ +λhv4XµX
µH†H +λX4
(XµXµ)2. (3)
Para el término de masaLagrangiano de Stueckelberg.
Lst = −1
4FµνFµν +
1
2m2XµX
µ (4)
Xα ≡ X ′α +1
µ∂αφ, δX ′α = ∂αε, δφ = −µε (5)
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Si m2 = µ2f(H) ⇒ λhvXµXµH†H término efectivo
Un ejemplo. m2 puede depender del Higgs
m2 = µ2
(1 + ξ
H†H
M2
)
⇒ Lst = −1
4FµνFµν +
1
2µ2
(1 + ξ
H†H
M2
)XµX
µ
Obtenemos el término
λhv4XµX
µH†H ⇒ λhv = 2ξµ2
M2
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Otro ejemplo. m2 dependa de un campo escalar del sectoroculto σ
m2 = µ2 σ2
M2⇒ λhv = λhs
µ2
M2
〈σ〉2m2σ
En este caso
L = −1
4FµνF
µν +1
2µ2 σ
2
M2XµX
µ +λhs4H†Hσ2 − V (σ), (6)
conV (σ) = V (σ0) +
1
2mσσ
2 + . . .
.
λhvXµXµH†H ⇒ λhv = λhs
µ2
M2
〈σ〉2m2σ
.
Después del rompimiento de simetría EW
m2X = m2 +
1
2λhvv
2
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Resultados
Los diagramas físicamente relevantes son las correcciones a los vértices.
(a)
200 400 600 800 100010-6
10-5
10-4
0.001
0.010
0.100
1
m S/GeV
R2
hh
SS
(b)
0 500 1000 1500 200010-7
10-5
0.001
0.100
m X /GeV
R2
hh
XX
Si mS ≥ 1 TeV ⇒ RhhSS ≥ 1 %
Si mX ≥ 2 TeV ⇒ RhhXX ≥ 0.1 %
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Conclusiones
Resumen
Los portales de Higgs son modelos donde existen campos arbitrariosque se acoplan directamente al campo de Higgs.
Los cálculos relevantes son las correcciones a los vértices.Para mS ≥ 1 TeV, las contribuciones son ≥ 1 % respecto a laamplitud a nivel árbol. Si mX ≥ 2 TeV, las contribuciones son≥ 0.1 %
Las contribuciones a nivel de un lazo pueden ser útiles enestudios de precisión sobre detección de materia oscura.
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Conclusiones
¡GRACIAS!