��������������������� ��������������������� ��������������������������������������������� ������������������������������������������� ���������������������������������������������� ������������������������������������������� ����������������������������������������������� ���������������� ���������������������������������������������� ����������������������������������������������� ������������������������������������������������� ��������������������������������������������� ������������������������������������������������ ������������������������������������������������ ����������������������������������������������� ��������������������������������� ���������������������������������������������������� ����������������������������������������������������� ���������������������������������������������� �������������� ���������������������������������������������� ��������������������������������������������������� ������������������������������������������������ ������������������������������������������������ ������������������������������������������������ ����������������������������������������������� ������������������������������������������������ ������������������������������������������������ ���������������������������������������������������� ������������������������������������������ ������������������������������������������������� ��������������������������������������������� �������������������������������������������������� Dark matter, baryogenesis and UV- completeness of the Standard Model Kimmo Kainulainen, Helsinki Higgs Forum Helsinki, 15.12 2016 SM (almost UV-) complete DM and BAU still unexplained m>0 m>0 m>0 m=0 Portal models m>0 EWBG: m>0 m>0 -Transition strength -CP-violation with: - Dark sector baryogenesis Tommi Alanne, Jim Cline , Sami Nurmi, Pat Scott, Mike Trott, Kimmo Tuominen, Ville Vaskonen, Christoph Weniger,…
Alternative to UV-complex 0.10 (SUSY, and the likes of her) 3 s bands in 0.08 M t = 173.1 ± 0.6 GeV H gray L a 3 H M Z L = 0.1184 ± 0.0007 H red L 0.06 M h = 125.7 ± 0.3 GeV H blue L Higgs quartic coupling l Might we have just (almost) SM all 0.04 the way to the Planck scale? Espinosa, Giudice, Riotto, JCAP 0805 (2008) 002 0.02 Degrassi etal, JHEP 1208 (2012) 098 M t = 171.3 GeV 0.00 a s H M Z L = 0.1205 Apparent running to negative coupling a s H M Z L = 0.1163 - 0.02 can be cured for example by a singlet S M t = 174.9 GeV - 0.04 λ hs | H | 2 S 2 ⇒ β ( λ ) → β ( λ ) SM + 1 1 10 10 10 12 10 14 10 16 10 18 10 20 10 2 10 4 10 6 10 8 2 λ 2 ( λ hs ≈ 0 . 7) hs 2 RGE scale m in GeV Robinson and Wilctzeck, PRL 96, 231601 (2006) UNIFICATION Asymptotic safety Wetterich and Shaposhnikov, problem of gauge Landau poles with gravity corrections, or… Phys.Lett. B683 (2010) HIERARCHY PROBLEM No intermediate scales (technically) behaviour of relevant operators Remain the questions of BARYOGENESIS Should be handled at low scale DARK MATTER
Possible context: (singlet) portal models Simple Portals to (perhaps simple) Dark sector DM + 1 2 λ sh S 2 | H | 2 v/T SM S, ? y ¯ χφ L τ CP Dark sector J.M.Cline, KK, JHEP 1111 (2011) 089 KK, K.Tuominen and V.Vaskonen JCAP 1301 (2013) 012 Phys.Rev. D93 (2016) 7 ,015016 Phys.Rev. D87 (2013)7,071701 T.Alanne, KK, K.Tuominen, V.Vaskonen arXiv:1607.03303, JCAP, to appear J.M.Cline, KK, P.Scott, C.Weniger PRD88 (2013) 055025 KK, S.Nurmi, T.Tenkanen, K.Tuominen and V.Vaskonen J.M.Cline, KK. D.Tucker-Smith, JCAP 1606 (2016) no.06, 022 in progress.
Motivation: DM Given Z 2 -symmetry singlet can be DM: The model: V = V MSM + 1 S S 2 + 1 2 λ sh S 2 | H | 2 + 1 2 µ 2 4 λ s S 4 Xenon bounds account 0 2 XENON100 (2012) for the fact that f rel ≤ 1. × XENON100 (2012) 0 0 Ω S / Ω DM = 1 XENON100 × 5 0 1 N 0 XENON100 × 5 J.M.Cline, KK, P.Scott, O N C.Weniger E − 1 log 10 λ hs log 10 λ hs PRD88 (2013) 055025 X Γ h → SS XENON1T − 1 − 2 2 0 0 0 O N 1 E N X × T Ω O N 1 E N X S / Ω − 3 D M = − 2 1 Low-side opening reflects the thermal 45 50 55 60 65 70 2 . 0 2 . 5 3 . 0 3 . 5 distribution width m S (GeV) log 10 ( m S / GeV) ∆√ s ~ 0.1m S For m s > 100 GeV there is a potential 1 1 Ω ⇠ h v Mol σ i ⇠ instability due to gravitational couplings λ 2 (P . Ko’s talk) hs
� � � Introduction - Baryogenesis EWBG *low scale Interaction rate, � source asymmetry Symmetric phase * Out-of-eq => BSM Broken phase B H H ∼ 10 − 14 T 2 v n 100 GeV > 1 . 1 , B T n Γ ∼ 10 − 5 T 100 GeV v w m = 0 m = 0 m = 0 f f f CP (n-n) m = y � f b L z <H> = 0 〈 〉 <H> = v 〈 〉 L R baryon # L baryon * Strength of the transition conserved R violation by sphalerons * CP-violation ?
Transition strength singlet model Anderson, Hall, PRD45, 2685 (1992) Profumo, Ramsey-Musolf, Shaughnessy, JHEP 0708 (2007) 010 Use tree level barrier: J.R.Espinosa, T.Konstandin, F.Riva, NPB854 (2012) 592 only the leading high-T V = 1 h − c h T 2 ) h 2 + ... 2 λ hs h 2 s 2 − ( µ 2 s − c s T 2 ) s 2 − ( µ 2 |S| 2. EWPT and EWBG 1. |H| Variants of the scheme: Inoue, Ovanesyan, Ramsey-Musolf, PRD93 (2016) 015013, etc… Arrange c s , c h , µ s and µ h so that transition goes in two steps → large barrier at T c → strong transition. This WORKS Idea actually present in the MSSM ~color breaking - large barrier requires largish λ hs Laine, Rummukainen, - 2-step mechanism needs small m s Cline, Moore, Quiros …,
Strong transition and S- DM? However, large λ hs gives small Ω : allowed ) 2 1 0 2 ( 0 0 1 N 5 Strong EWPT O × N E X 0 1 1 0 1 N 0 O 2 Ω ⇠ h v Mol σ i ⇠ N × E X 0 λ 2 0 1 excluded by N O hs N E X Strong transition implies a subdominant DM Allowed Relic density excluded Relic density excluded BAU acceptable v/T >1 models m S (GeV) f rel = Ω DM h 2 J.M.Cline, KK, P.Scott and C.Weniger, PRD88 (2013) 055025 0 . 119 Further extensions with more singlets, or new fermions, or … KK, K.Tuominen and V.Vaskonen, PRD93(2016) 7,015016 J.M. Cline, KK, JCAP 1301 (2013) 012
Singlet model / BAU However, there goes BAU from top transport the UV-completio n DM stability =>Z 2 symmetry: <S> T=0 = 0 J.M. Cline, KK, JCAP 1301 (2013) 012 Source of CP violation Dim-6 operator η B / η B,obs Λ = 1 TeV @ (If not DM could take Dim-5 as well) Espinosa, etal or Λ / 1 TeV ) 2 @ η B = η B,obs ( 1 + η frequency ⇤ Λ 2 S 2 ⌅ y t ¯ ( η ≡ i ) Q L H t R + h . c . 1 + iS 2 ( z ) � ⇥ m t ( z ) = y t h ( z ) √ ≡ Λ 2 2 region of interest
Recommend
More recommend