Praca doktorska
Ładowanie...
Licencja
Korzystanie z tego materiału możliwe jest zgodnie z właściwymi przepisami o dozwolonym użytku lub o innych wyjątkach przewidzianych w przepisach prawa. Korzystanie w szerszym zakresie wymaga uzyskania zgody uprawnionego.Collider and early-Universe interactions of dark matter in Higgs-portal models
| dc.abstract.en | This dissertation is devoted to interactions of Higgs-portal dark matter in the early Universe and at particle colliders. After recalling the most relevant cosmological concepts, including the Boltzmann equation and the freeze-out mechanism, we provide a short review of dark matter physics: evidence and candidates (chapter 3), and experimental searches (chapter 4). Chapters 5 and 6 contain original results. The former discusses the issue of t-channel singularity: a phenomenon affecting processes with a massive, stable t-channel mediator on its mass shell. An occurrence of that issue leads to singularity of the matrix element describing the process, which results in an infinite value of the corresponding cross section. After determining the strict condition for the singularity to occur in a given 2→2 process, we propose a regularization mechanism, which is based on interactions between the on-shell mediator and the surrounding gas of particles. Those interactions limit the lifetime of the mediator, allowing to introduce an effective decay width, which regularizes the would-be-singular cross section. Chapter 6 presents a study of production of dark particles at the future e+e- colliders, operating at energies maximizing the cross section of the Higgs-strahlung process (around 240-250 GeV). We take into account the present limits, constraining the parameter space of the DM models employed, and estimate the maximal possible production cross section. The conclusion is that although the models of DM are severely constrained by the null-results of the present and past experimental searches, the dark particles could be efficiently produced and detected at the future colliders if the values of the parameters are close to the optimal ones. Moreover, in that chapter, we investigate the influence of the spin of the dark particle on production rate: although all three analysed models of dark matter provide a similar maximal production cross section (at the level of 60 fb), the shape of the allowed parameter space differs depending on the spin, which, in principle, could enable to disentangle the cases of dark particles of different spins from each other. The models of dark matter employed in this dissertation are fully consistent, renormalizable Higgs-portal models. Along with some details of calculations performed throughout the thesis, they are described in the appendices. |
| dc.abstract.en | Niniejsza rozprawa poświęcona jest oddziaływaniom ciemnej materii, opisywanej modelami z portalem Higgsa, we wczesnym Wszechświecie oraz w zderzaczach cząstek. Po przypomnieniu najistotniejszych pojęć z zakresu kosmologii, w tym równania Boltzmanna oraz mechanizmu freeze-outu (,,wymrożenia''), dokonujemy krótkiego przeglądu fizyki ciemnej materii, obejmującego dowody na jej istnienie oraz dyskusję proponowanych kandydatów na ciemną materię (rozdział 3), jak również doświadczalne poszukiwania ciemnej materii (rozdział 4). Rozdziały 5 i 6 zawierają oryginalne wyniki. Pierwszy z nich omawia problem osobliwości w kanale t: zjawiska mającego wpływ na procesy z masywnym, stabilnym mediatorem w kanale t, znajdującym się na powłoce masy. Wystąpienie owego problemu prowadzi do osobliwości elementu macierzowego opisującego proces, co powoduje, że wartość odpowiedniego przekroju czynnego jest nieskończona. Po wyznaczeniu ścisłego warunku na wystąpienie osobliwości w danym procesie typu 2→2, przedstawiamy mechanizm regularyzacji oparty o uwzględnienie oddziaływań pomiędzy potencjalnie osobliwym mediatorem a otaczającym gazem cząstek. Owe oddziaływania ograniczają czas życia mediatora, co pozwala na wprowadzenie efektywnej szerokości rozpadu, regularyzującej potencjalnie osobliwy proces. Rozdział 6 prezentuje analizę produkcji ciemnych cząstek w przyszłych zderzaczach e+e-, operujących w energiach maksymalizujących przekrój czynny na proces typu Higgs-strahlung (ok. 240-250 GeV). Bierzemy w nim pod uwagę obecne limity ograniczające przestrzeń parametrów wykorzystanych modeli ciemnej materii i szacujemy maksymalny możliwy przekrój czynny na proces produkcji. Dochodzimy do następującego wniosku: mimo że modele ciemnej materii podlegają poważnym ograniczeniom wynikającym z braku rezultatów obecnych i przeszłych doświadczalnych poszukiwań, ciemna cząstka mogłaby być wydajnie produkowana i wykrywana w przyszłych zderzaczach, jeśli wartości parametrów są zbliżone do optymalnych. Ponadto, w wymienionym rozdziale badamy wpływ spinu ciemnej cząstki na tempo produkcji: mimo że wszystkie trzy analizowane modele ciemnej materii dają podobną maksymalną wartość przekroju czynnego na produkcję (na poziomie 60 fb), kształt dozwolonej przestrzeni parametrów różni się w zależności od spinu, co w zasadzie mogłoby umożliwić odróżnienie od siebie przypadków cząstek ciemnej materii o różnych spinach. Modele ciemnej materii użyte w niniejszej rozprawie są w pełni spójnymi, renormalizowalnymi modelami z portalem Higgsa. Wraz z pewnymi szczegółami obliczeń przeprowadzonych w pracy, są one opisane w dodatkach. |
| dc.affiliation.department | Wydział Fizyki |
| dc.contributor.author | Iglicki, Michał |
| dc.date.accessioned | 2023-09-26T09:13:39Z |
| dc.date.available | 2023-09-26T09:13:39Z |
| dc.date.defence | 2023-10-05 |
| dc.date.issued | 2023-09-26 |
| dc.description.additional | Link archiwalny https://depotuw.ceon.pl/handle/item/4673 |
| dc.description.promoter | Grządkowski, Bohdan |
| dc.identifier.uri | https://repozytorium.uw.edu.pl//handle/item/4673 |
| dc.language.iso | en |
| dc.rights | FairUse |
| dc.subject.en | e+e- colliders |
| dc.subject.en | t-channel singularity |
| dc.subject.en | thermal field theory |
| dc.subject.en | early Universe |
| dc.subject.en | Higgs portal |
| dc.subject.en | dark matter |
| dc.subject.en | beyond Standard Model physics |
| dc.subject.en | zderzacze e+e- |
| dc.subject.en | osobliwość w kanale t |
| dc.subject.en | termiczna teoria pola |
| dc.subject.en | wczesny Wszechświat |
| dc.subject.en | portal Higgsa |
| dc.subject.en | ciemna materia |
| dc.subject.en | fizyka poza modelem standardowym |
| dc.title | Collider and early-Universe interactions of dark matter in Higgs-portal models |
| dc.title.alternative | Oddziaływania ciemnej materii w zderzaczach i we wczesnym Wszechświecie w modelach z portalem Higgsa |
| dc.type | DoctoralThesis |
| dspace.entity.type | Publication |