Masa de neutrinos en un modelo Z5 de materia oscura multicomponente

Abstract

RESUMEN: Este trabajo se centra en una extensión al modelo estándar de física de partículas. En este escenario se le añade al modelo estándar dos nuevos campos fermiónicos, un doblete escalar complejo y dos singletes escalares complejos, todos estos nuevos campos estarán cargados bajo una simetría Z5, de esta manera se obtienen dos sectores oscuros diferentes. Dentro de este marco, emergen varios candidatos potenciales para ser considerados como materia oscura, algunos de ellos en forma de escalares complejos, mientras que otros en forma de fermiones. Con esta configuración es posible tener un escenario de materia oscura multicomponente, donde la estabilidad de la componente más pesada estará dada mediante restricciones cinemáticas. La abundancia de reliquia de las partículas de materia oscura estará afectada principalmente por procesos 2→2, y su contribución conjunta dará cuenta de la densidad de reliquia observada. Adicionalmente, al añadir estos nuevos campos, se obtendrá un mecanismo a nivel de dos bucles que permite generar masas de neutrinos de Majorana, teniendo así un modelo escotogénico. En este trabajo, se eligieron como candidatos a materia oscura dos partículas de tipo escalar y se analizó el comportamiento de dichas abundancias al considerar diferentes valores para los acoplamientos relevantes del modelo. Además, se mostró que el modelo es compatible con los límites establecidos por experimentos que exploran la violación de sabor leptónico, al igual que la densidad de reliquia de la materia oscura reportada por el experimento PLANCK y también con los datos actuales de las oscilaciones de neutrinos.

ABSTRACT: This work focuses on an extension to the Standard Model of particle physics. In this scenario, two new fermionic fields, a complex scalar doublet, and two complex scalar singlets are added to the Standard Model, all of which are charged under a Z5 symmetry. This leads to two different dark sectors. Within this framework, several potential candidates for dark matter emerge, some in the form of complex scalars and others in the form of fermions. This configuration allows for a multicomponent dark matter scenario, where the stability of the heaviest component is ensured by kinematic constraints. The relic abundance of the dark matter particles is mainly affected by 2→2 processes, and their joint contribution accounts for the observed relic density. Additionally, by adding these new fields, a two-loop mechanism is obtained that generates Majorana neutrino masses, resulting in a scotogenic model. In this work, two scalar particles were chosen as dark matter candidates, and the behavior of these abundances was analyzed by considering different values for the relevant couplings of the model. Furthermore, it was shown that the model is compatible with the limits established by experiments exploring lepton flavor violation, as well as the dark matter relic density reported by the PLANCK experiment, and also with current neutrino oscillation data.