Made available in DSpace on 2015-05-14T12:14:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 4811188 bytes, checksum: e6a9d4d69f963d42f294d99b19a7c9fb (MD5) Previous issue date: 2014-07-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Dark Matter (DM) is a key piece for our understanding of the universe evolution. Its existence has been confirmed by gravitational effects on the known matter, and we do not know its constitution just yet. The assumption that DM is composed of particles demands an extension of the Standard Model of Elementary Particles (SM). There are many experiments searching for neutral, stable, weakly interacting particles so called WIMPs, but no conclusive positive signal has been observed so far. That being said, we propose a Majorana fermion to be our DM candidate in one of the simplest minimal extensions of the SM, which adds to the scalar sector a neutral scalar that mixes to the Higgs boson. Further, we study another model which supplements the former by adding a charged scalar, which mediates interactions between the DM particle and leptons. In both models, we compute the relic density, the scattering cross section off nucleon (Direct Detection), and its annihilation rate in Standard Model particles (Indirect Detection) using the numerical package micrOMEGAs. In conclusion, we interestingly find that such models have regions of the parameter space yielding the right abundance while compatible with direct and indirect detection limits. Lastly, we investigate the possibility having the Majoron risen in our extensions as dark radiation in the light of the recent CMB spectrum analyses. / A Matéria Escura (ME) é uma peça fundamental para nosso entendimento sobre a evolução do universo. Sua existência foi confirmada pelos efeitos gravitacionais que exerce sobre a matéria que conhecemos e até hoje não sabemos sua constituição. Assumir que ela seja constituída de partículas implica na necessidade de estender o Modelo Padrão das Partículas Elementares (MP). Há vários experimentos buscando partículas neutras, estáveis e pouco interagentes conhecidas como WIMPs, mas até agora nenhum sinal positivo é conclusivo. Em vista disso, propomos um férmion de Majorana como candidato à ME em uma das extensões mais simples do MP, adicionando ao setor escalar um escalar neutro singleto que se mistura com o bóson de Higgs. Em seguida, estudamos outro modelo que acrescenta ao anterior um escalar carregado singleto mediando interações entre as partículas de ME e os léptons. Nos dois modelos, computamos a abundância relíquia, a seção de choque de espalhamento com nucleons (detecção direta) e a taxa de aniquilação de ME em partículas do MP (detecção indireta) usando o pacote numérico micrOMEGAs. Em conclusão, mostramos que esses modelos têm uma interessante região de parâmetros que fornece a abundância relíquia correta estando de acordo com os limites das detecções direta e indireta. Finalmente, investigamos a possibilidade de o majoron que aparece em nossas extensões ser radiação escura, à luz de recentes análises do espectro da radiação CMB.

Submitted by Vasti Diniz (vastijpa@hotmail.com) on 2017-09-13T13:01:16Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 7899614 bytes, checksum: f001983854e55609b8ccfb1ce80578f2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-13T13:01:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 7899614 bytes, checksum: f001983854e55609b8ccfb1ce80578f2 (MD5) Previous issue date: 2015-02-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / One of the main problems that permeates the Particle Physics and Cosmology is the Dark Matter (DM), which makes up about 26% of the energy content of the Universe. The main evidence pointing to its existence provides us with important features, such as being neutral, stable (with lifetime over the age of the Universe), cold or warm, weakly interacting with Particle Physics Standard Model (SM) particles and sufficiently abundant. The SM does not provide a candidate who meets these characteristics and hence it is necessary to extend it. One of the most sophisticated extensions of the SM is the Supersymmetry, that in addition to solving the problem of DM, explains other unsolved puzzles that are present in SM, among them, the hierarchy and the unification of the gauge couplings. This model implies the inclusion of a new symmetry that puts bosons and fermions in equal footing. The minimal supersymmetric version of the SM is the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM), whose viable candidate is the neutralino, which is a fermion composed of superpartners of neutral Higgs and gauge bosons. In this work, we performed the neutralino analysis as DM candidate in CMSSM or mSUGRA scenario, which contains 5 free parameters, M0, M1/2, tan , sign(μ) and A0, for two different analyzes. In the first one we varied the M0 and M1/2 parameters for three different values of tan while in the second and third one we varied all parameters except the sign(μ). In this study, we use some computational tools, including, SARAH, SPheno, SSP and Micromegas, in order to obtain DM Relic Abundance and DM scattering cross section in this scenario. We compared our results with the most recent experimental data, namely, we have used Planck satellite data for the relic abundance, LUX and XENON1T (prospect) for the spin-independent scattering cross section and XENON100 for the spin dependent one. We finally analyzed the implications concerning the viability of the MSSM under the light of the DM problem. / Um dos principais problemas que permeia a Física de Partículas e Cosmologia é a Matéria Escura (ME), que compõe cerca de 26% do conteúdo energético do Universo. As principais evidências que apontam para a sua existência nos fornecem importantes características, tais como, ser neutra, estável (com tempo de vida maior que a idade do Universo), fria ou morna, pouco interagente com partículas do Modelo Padrão de Física de Partículas (MP)e suficientemente abundante. O MP não fornece um candidato que supre estas características, sendo necessário estendê-lo. Uma das mais sofisticadas extensões do MP é a Supersimetria, que além de resolver o problema da ME, soluciona outros que estão presentes no MP, dentre eles, a hierarquia e a unificação dos acoplamentos de gauge. Tal modelo implica na inclusão de uma nova simetria que coloca bósons e férmions em pé de igualdade. A versão mínima supersimétrica do MP é o Modelo Padrão Supersimétrico Mínimo (MSSM), cujo candidato viável à ME é o neutralino, que se trata de um férmion composto pelos superparceiros dos bósons de gauge e Higgs neutros. Neste trabalho, fizemos uma análise do neutralino como candidato à ME no cenário CMSSM ou mSUGRA, que contém 5 parâmetros livres, M0, M1/2, tan , sinal(μ) e A0, para três análises distintas. Na primeira variamos apenas os parâmetros M0 e M1/2 para três valores distintos da tan e na segunda e terceira variamos todos os parâmetros com exceção do sinal(μ). Neste estudo, utilizamos algumas ferramentas computacionais, entre as quais, SARAH, SPheno, SSP e micrOMEGAs, no intuito de obter abundância e seção de choque de espalhamento de ME neste cenário. Obtidos os gráficos, comparamos com os resultados experimentais mais recentes, para a abundância utilizamos dados do satélite Planck, para a seção de choque de espalhamento independente de spin, o LUX e XENON1T (2017) e para dependente de spin, XENON100 e verificamos suas implicações na viabilidade do modelo.