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QCD corrections for the direct detection of supersymmetric dark matter

Subject Area Nuclear and Elementary Particle Physics, Quantum Mechanics, Relativity, Fields
Term from 2013 to 2016
Project identifier Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 231833837
 
Final Report Year 2017

Final Report Abstract

In diesem Projekt wurde eine vollständige QCD-Rechnung in nächstführender Ordnung (NLO) für die Streuung von supersymmetrischer dunkler Materie (Neutralinos) an Protonen und Neutronen in schweren Kernen (z.B. Xenon) im Rahmen des Minimalen Supersymmetrischen Standardmodells durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Rechnung wurden auf Skalar- und Axialvektoroperatoren der effektiven Feldtheorie abgebildet, die für die Vorhersage spinunabhängiger und -abhängiger Nachweisraten üblicherweise verwendet werden. Die Rechnungen sind für beliebige Zusammensetzungen von aus Neutralinos bestehender dunkler Materie, also Binos, Winos und Higgsinos, gültig. Sie erforderten die Entwicklung einer neuartigen Tensorreduktionsmethode für Schleifenintegrale bei verschwindenden Relativgeschwindigkeiten bzw. Gramdeterminanten. Numerisch sind die berechneten Korrekturen von vergleichbarer Größe wie die aktuellen kernphysikalischen Unsicherheiten. Herausgestellt wurde auch die Wechselbeziehung zwischen der ebenfalls mit NLO-Präzision berechneten Restdichte und der direkten Nachweisrate von supersymmetrischer dunkler Materie unter Verwendung des Programms dm@nlo. Insbesondere überraschte sowohl die hohe numerische Stabilität, zu der die neue Tensorreduktionsmethode bei der Berechnung von Schleifenintegralen führte, als auch die vorher nicht gesehene starke Korrelation von Restdichte und direkter Nachweisrate von dunkler Materie.

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