Phenomenological and astrophysical studies of light dark matter

Etudes phénoménologiques et astrophysiques de la matière noire légère

Daniel Patricio Albornoz Vasquez (1)

1 LAPTH - Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de Physique Théorique

The Dark Matter problem is one of the most relevant quests for the understanding of the elementary constituents of the Universe: the nature of the Dark Matter is still unveiled. Experimental efforts aiming to detect the Dark Matter have shown a great progress in the last decade. This work is devoted to the phenomenological and astroparticle studies of Dark Matter candidates of supersymmetric nature -the neutralino- and beyond -scalar particles. The former, in the 1-100 GeV mass range, is currently being tested by the Large Hadron Collider, direct detection and indirect detection experiments; this work shows that the interplay between techniques is a decisive tool to thoroughly search for theoretical predictions. The latter is a non-standard candidate as light as 1 MeV which could be copiously produced at the Large Hadron Collider, and at the same time explain other phenomena such as neutrino masses and/or the 511 keV line from the galactic center of the Milky Way.

La Matière Sombre représente une des quêtes les plus importantes pour la compréhension des constituants élémentaires de l'Univers: la nature de la Matière Sombre est toujours mystérieuse. La dernière décennie a connu des développements expérimentaux remarquables dans la recherche de la Matière Sombre. Le but de ce travail est l'étude de candidats de Matière Sombre de nature supersymétrique (le neutralino) et au-delà (les particules scalaires), et de leurs aspects phénoménologiques et d'astroparticules. Le neutralino, dans l'intervalle de masses 1-100 GeV, est testé par les expériences du Grand Collisionneur d'Hadrons, de détection directe et de détection indirecte; ce travail montre que la combinaison de ces techniques est un outil décisif pour une recherche minutieuse des prédictions théoriques. Les particules scalaires sont des candidats non-standards de masses jusqu'à 1 MeV qui pourraient être produits abondamment dans le Grand Collisionneur d'Hadrons, et au même temps expliquer d'autres phénomènes tels que la masse des neutrinos et/ou le signal à 511 keV provenant du centre galactique de la Voie Lactée.

Mots clés: Dark Matter; Phenomenology; Direct detection; Indirect detection; Colliders; Cosmologie

Mots clés: Matière Sombre; Phénoménologie; Détection directe; Détection indirecte; Collisionneurs; Cosmologie

Domaines: Autre [cond-mat.other]

Daniel Patricio Albornoz Vasquez. Etudes phénoménologiques et astrophysiques de la matière noire légère. Autre [cond-mat.other]. Université de Grenoble, 2011. Français. ⟨NNT : 2011GRENY034⟩. ⟨tel-00632618v2⟩