MODELO INERTE DE DOS DOBLETES DE HIGGS COMO CANDIDATO DE MATERIA OSCURA Lilian Prado González Asesor: Dr. J. Lorenzo Díaz Cruz Co- Asesor: Dr. José A. R. Cembranos Diciembre 15, 2010

IHDM como candidato de DM Contenido Materia Oscura (DM) Ecuación de Boltzmann Modelo Inerte de Dos Dobletes de Higgs (IHDM) IHDM como candidato de DM IHDM como candidato de DM

Materia Oscura Formación de Estructura Lentes gravitacionales Curvas de Rotación de Galaxias Lentes gravitacionales Formación de Estructura IHDM como candidato de DM

Materia Oscura Modelo Estándar Cosmológico Partículas Elementales IHDM como candidato de DM

Modelo Estándar Cosmológico Relatividad General Gravitación Principio Cosmológico Homogeneidad e Isotropía Métrica FLRW IHDM como candidato de DM

Reliquias Térmicas del Big-Bang Razón de expansión cósmica H(a, t, T). Universo temprano: partículas relativistas La Entropía total en una región del universo se conservó por periodos: Equilibrio térmico Desacople de g`s: CMBR (e+e-  gg) Las partículas que interactúan débilmente se desacoplaron cuando: Interacción entre partículas < expansión : CMBR IHDM como candidato de DM

IHDM como candidato de DM Cualquier partícula neutra con interacción débil debió ser producida en el universo temprano no hace una contribución importante a la densidad de materia del universo actual: DM IHDM como candidato de DM

Ecuación de Boltzmann Gondolo & Gelmini Describe la evolución de la densidad del espacio fase f(p,x,t) de una especie de partícula. L[f] = C[f] Operador de Liouville L: Razón de cambio de f en t Operador de Colisión C: Número de partículas por volumen del espacio fase /tiempo de colisión con otras partículas IHDM como candidato de DM

IHDM como candidato de DM Ecuación de Boltzmann Usando métrica RW: H = Parámetro de Hubble ( ) R = Factor de escala del Universo IHDM como candidato de DM

IHDM como candidato de DM Para RW estándar Parámetro de Hubble Densidad de Energía Total del Universo Densidad de Entropía heff = Grados de libertad efectivos para la densidad de s geff = Grados de libertad efectivos para la densidad de E IHDM como candidato de DM

Consideraciones IHDM como candidato de DM 1. Partículas Idénticas 2. Potencial Químico despreciable m = cambio de Energía de una masa homogénea/Cantidad de substancia añadida al sistema 3. Decremento en la densidad debido a la expansión del Universo Y = n/s IHDM como candidato de DM

IHDM como candidato de DM Densidad Y(x) x = m/T T= Temperatura de fotones (Baño Térmico) El contenido del Universo se introduce como: s (en Y(s)) IHDM como candidato de DM

IHDM como candidato de DM Ecuación de Boltzmann Donde: = Sección transversal total de aniquilación v = velocidad invariante bajo transformaciones de Lorentz g* 1/2 = parámetro de grados de libertad (espines) IHDM como candidato de DM

IHDM como candidato de DM Ecuación de Boltzmann Válida si: Distribución de Maxwell-Boltzmann T  3m Los productos de la aniquilación se encuentran en Equilibrio Térmico La especie en consideración permanece en equilibrio cinético también después del desacople Potencial químico inicial (m) de la especie es despreciable IHDM como candidato de DM

IHDM como candidato de DM Ecuación de Boltzmann En términos de Entropía S: IHDM como candidato de DM

Modelo de Dos Dobletes de Higgs (THDM) Una de las extensiones más simples del mecanismo de Higgs de rompimiento de simetría electrodébil, más allá del SM Se introducen dos dobletes de campos de Higgs para a = 1, 2 Que interaccionen con los campos de materia y entre sí, a través de un potencial adecuado Presenta nueva Física: Corrientes Neutras que cambian Sabor (Flavor Changing Neutral Currents, FCNC) Nuevos tipos de violación de CP IHDM como candidato de DM

IHDM como candidato de DM IHDM (Tipo I) Sólo un doblete interacciona con los campos de materia. Acoplamientos de Yukawa: Potencial: Se introduce la simetría adicional Z2 para evitar el términos de mezcla . tiene un valor esperado en el vacío (VEV) v/2 = 174 GeV como en el SM no tiene VEV. IHDM como candidato de DM

IHDM como candidato de DM

IHDM como candidato de DM H0 H0  Z Z IHDM como candidato de DM

IHDM como candidato de DM H0 H0  Z Z Retomando Ecuación de Boltzman se aproxima por una expansión no-relativista obtenida por IHDM como candidato de DM

IHDM como candidato de DM H0 H0  Z Z Que se introducirá en la contribución de una especie de partículas c a la densidad de Energía del Universo W : IHDM como candidato de DM

IHDM como candidato de DM “…estamos en medio de los infinitos y los indivisibles, aquéllos incomprensibles para nuestro finito entendimiento debido a su grandeza, y éstos, a causa de su pequeñez…” Galileo Galilei “Consideraciones y Demostraciones Matemáticas Sobre Dos Nuevas Ciencias” IHDM como candidato de DM

IHDM como candidato de DM H0 H0  Z Z IHDM como candidato de DM

IHDM como candidato de DM H0 H0  Z Z IHDM como candidato de DM

IHDM como candidato de DM Referencias [1] E.W. Kolb and M.S. Turner, The Early Universe (Addison-Wesley, 1990) [2] L. Bergström and A.Goobar, Cosmology and Particle Astrophysics (Springer, 2006) [3] W.N. Cottingham and D.A. Greenwood, An Introduction to the Standard Model of Particle Physics (Cambridge University Press, 1988) [4] A. Degée and I.P. Ivanov, Phys. Rev. D. 81, 015012 (2010) [5] D. Kominis and R. Sekhar Chivukula, hep-ph/9301222 [6] E.M. Dolle and S. Su, Phys. Rev. D 80, 055012 (2009) [7] M. Srednicki, R. Watkins and K.A. Olive, Nucl. Phys. B310, 693 (1988) [8] P. Gondolo and G. Gelmini, Nucl. Phys. B360, 145 (1991) IHDM como candidato de DM