Challenges for WIMP dark matter: The role of primordial black holes and gravitational wave interferometers
Matéria Escura, Física de Partículas, Buracos Negros Primordiais, Ondas Gravitacionais, Fenomenologia
A matéria escura continua sendo um mistério em aberto, sustentado por observações astrofísicas e cosmológicas, mas sua
natureza fundamental permanece desconhecida. Sua densidade relicta pode ser explicada pelo congelamento térmico, no qual a
matéria escura se desacopla do banho do Modelo Padrão. No entanto, as restrições de detecção direta e indireta desafiam esse
paradigma, motivando mecanismos alternativos, como a evaporação de Hawking de buracos negros primordiais, que pode
produzir partículas estáveis de matéria escura e induzir uma dominação precoce da matéria, modificando as previsões do
congelamento térmico e afetando os limites de colisores e detecção. Além das buscas convencionais, interferômetros de ondas
gravitacionais oferecem uma sonda complementar. Embora os colisores sejam amplamente insensíveis aos autoacoplamentos
de escalares escuros, esses parâmetros podem deixar impressões no fundo estocástico de ondas gravitacionais oriundo de
transições de fase de primeira ordem. No entanto, como as ondas gravitacionais também dependem dos setores de calibre e
fermiônico, uma abordagem combinada é necessária para desvendar o setor escuro. Investigamos uma extensão mínima do
Modelo Padrão com um U(1)_{B-L} apresentando um novo bóson de calibre Z' e um candidato à matéria escura do tipo
férmion de Dirac. Exploramos (i) a sinergia entre interferômetros de ondas gravitacionais, colisores e detecção direta na
exploração do portal Z' e (ii) como a evaporação de Hawking de buracos negros primordiais modifica os cenários de
congelamento térmico. Nossos resultados destacam a necessidade de uma estratégia multi-mensageira para impor restrições
completas a modelos de matéria escura.