Coannihilation neutralino-stop dans le MSSM : violation de saveur, corrections radiatives et leur impact sur la densité relique de matière noire

Neutralino-stop coannihilation in the MSSM : flavor violation, radiative corrections and their impact on the dark matter relic density

• Auteur / Autrice : Quentin Le Boulc'h
• Direction : Michael Klasen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique subatomique et astroparticules
• Date : Soutenance le 23/09/2013
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie (Grenoble ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean Orloff
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sabine Kraml, Genevieve Belanger
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Manuel Drees, Joakim Edsjö

Mots clés

Mots clés contrôlés

Particules (physique)

Mots clés libres

Densité relique de la matière noire

Coannihilation neutralino-stop

Violation de saveur non minimale

Corrections QCD

Phénoménologie de la supersymétrie

Dark matter relic density

Neutralino-stop coannihilation

Non minimal flavor violation

QCD corrections

Supersymmetry phenomenology

Résumé

Le Modèle Standard Supersymétrique Minimal (MSSM), le plus étudié des modèles de Nouvelle Physique, contient un candidat à la matière noire : le neutralino. Un des mécanismes qui permet de réduire la densité relique de neutralino jusqu'à l'intervalle expérimental de WMAP et de Planck est la coannihilation entre le neutralino et le stop. Dans cette thèse nous étudions deux aspects différents liés à la prédiction de la densité relique dans la région de coannihilation neutralino-stop, ainsi qu'au calcul des sections efficaces d'annihilation et de coannihilation correspondantes. Nous présentons tout d'abord la matière noire en tant que WIMP ainsi que le Modèle Standard de la Physique des Particules, puis nous abordons le MSSM ainsi la phénoménologie de la densité relique de neutralino. Nous étudions ensuite la phénoménologie de la violation de saveur non minimale dans le secteur des squarks dans le contexte de la densité relique de neutralino. Nous considérons des termes violant la saveur dans le secteur des squarks up et down de chiralité droite et de troisième génération et montrons qu'ils peuvent avoir un impact important sur les sections efficaces d'annihilation et de coannihilation du neutralino, et en conséquence sur la densité relique. Finalement, nous nous intéressons à la possibilité d'améliorer la précision avec laquelle la densité relique est prédite, en calculant les sections efficaces d'annihilation et de coannihilation à l'ordre supérieur dans la théorie des perturbation. En se basant sur des travaux antérieurs qui ont montré que l'impact des corrections SUSY-QCD à une boucle pour l'annihilation de neutralino était supérieur à l'incertitude expérimentale, nous avons calculé de telles corrections dans le cas de la coannihilaiton neutralino-stop en bosons de jauge électrofaibles et bosons de Higgs.

The Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM), the most famous model of Physics beyond the Standard Model, provides a good dark matter candidate: the neutralino. One of the mechanisms which can reduce the predicted relic density of neutralino to the experimental range of WMAP and Planck is the coannihilation between the neutralino and the stop. In this thesis, we study two different aspects related to the prediction of the relic density in the neutralino-stop coannihilation region and the calculation of the corresponding annihilation and coannihilation cross sections. We first make short reviews of WIMP dark matter and the Standard Model of particle Physics, introduce the MSSM and discuss the phenomenology of neutralino relic density. We then study the phenomenology of Non Minimal Flavor Violation in the squark sector in the context of neutralino relic density. We consider flavor violating terms in the sectors of right handed third generation up and down squarks and show that they can have an important impact on the thermally averaged (co)annihilation cross section of the neutralino, and therefore on its relic density. Finally, we focus on the issue of improving the precision with which the relic density is calculated, by computing (co)annihilation cross sections at Next-to-Leading Order. Following earlier work in the calculation of one-loop SUSY-QCD corrections to the annihilation of neutralinos, which have shown that the impact of such corrections was larger than the experimental uncertainty, we have calculated similar corrections for the neutralino-stop coannihilation into electroweak gauge and Higgs bosons.