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Non-abelian scalar dark matter in a hidden sector

par Grimbaum Yamamoto, Nicolas
Président du jury Mognetti, Bortolo Matteo
Promoteur Hambye, Thomas
Publication Non publié, 2022-08-30

Mémoire

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Résumé :

Amongst the properties that dark matter particles must fulfill, one of the most intriguing one is its stability. On the one hand, in dark matter models, the stability of the particle is often assured by an ad hoc discrete symmetry, for instance a Z2 symmetry under which it is odd, while all standard model particles are even, preventing its decay. On the other hand, stable particles in the standard model (the electron, the photon, the lightest neutrino and the proton) inherit their stability from gauge principles or accidental symmetries. Several models have been proposed in the past, motivated by this observation, in which the stability of dark matter particles is acquired through similar mechanisms, notably hidden abelian scalar and hidden non abelian vector dark matter. In this master’s thesis, we propose and study a model of scalar non-abelian dark matter which obtains its stability from a spontaneously broken SU(3) gauge symmetry in a hidden sector. The main focus of the present work is on the viability of such a model and the rich structure of the potential of the symmetry breaking scalar.

Parmis les propriétés qu'une particule de matière noire se doit de respecter, l'une des plus intriguantes est sa stabilité. D'une part, dans les modèles de matière noire, la stabilité de la particule est souvent acquise à travers le postulat ad hoc d'une symétrie discrète additionnelle, comme par exemple une symétrie Z2 sous laquelle la particule de matière noire est impaire, empêchant sa désintégration vers celles du modèle standard, paires sous cette même symétrie. D'autre part, les particules stables du modèle standard (l'électron, le photon, le neutrino le plus léger et le proton) le sont grâce à un principe de jauge ou une symétrie accidentelle. Ce constat a motivé l'introduction de plusieurs modèles dans lesquels la stabilité de la matière noire est acquise selon des principes similaires au cas du modèle standard, notamment les modèles de matière noire abélienne scalaire et non-abélienne vectorielle dans des secteurs cachés. Dans ce mémoire, nous proposons et étudions un modèle de matière noire emph{scalaire} non-abélienne, dont la stabilité découle d'une symétrie de jauge SU(3) spontanément brisée au sein d'un secteur caché. Le principal objectif de ce travail est l'étude de la viabilité d'un tel modèle, ainsi que celle de la riche structure que présente le potentiel du champs scalaire responsable de la brisure de symétrie.