Next-to-simplified dark matter models

Resumen

La materia oscura constituye el 27% del contenido de energ a del universo. Sin embargo, la naturaleza de la materia oscura es un misterio. El Modelo Est andar no contiene ninguna respuesta razonable para resolver este problema, por tanto es necesario una teor a m as all a del Modelo Est andar. En este contexto, los modelos simpli cados de materia oscura son una buena primera aproximaci on para resolver este problema. No obstante, los modelos simpli cados est an limitados por su simplicidad y en muchos casos las b usquedas experimentales ponen varios l mites en ellos, restringiendo considerablemente el espacio de par ametros. Por estas razones, un paso m as all a es necesario. Una manera de darlo es aumentar el n umero de part culas del modelo, buscando con guraciones m as realistas. En esta tesis adoptamos esta idea de ir m as all a de los modelos simpli cados y estudiamos dos modelos relevantes en el contexto de portales de materia oscura. En el primero revisamos el conocido portal de Higgs con un escalar singlete, uno de los modelos de materia oscura m as simple, que consiste en un escalar singlete acoplado al bos on de Higgs. Este modelo tiene un gran inter es debido a que, con solo una part cula extra, es capaz de reproducir la densidad de materia oscura y tiene una rica fenomenolog a. Sin embargo, desde que se postul o, b usquedas experimentales han testado el modelo poniendo l mites fuertes en el espacio de par ametros y a d a de hoy est a cerca de ser excluido. Una sencilla manera de relajar estas restricciones es extender el sector oscuro. En esta tesis estudiamos el caso de la extensi on m as simple, a~nadiendo un escalar singlete extra. Analizamos la nueva fenomenolog a debido a este escalar, especialmente efectos de coaniquilaci on. Adem as, imponemos todos los l mites experimentales en este modelo extendido para ver como queda el nuevo espacio de par ametros. Finalmente, testamos c omo de bien es capaz de explicar el exceso del centro gal actico. Por otro lado, estudiamos otro tipo de portal de materia oscura, el llamado portal Z0. Este escenario implica la existencia de una simetr a U(1) extra en el grupo gauge. En este tipo de situaciones los l mites mas fuertes vienen de las b usquedas de di-leptones y de experimentos de detecci on directa. Una manera f acil de relajar estas restricciones es eligiendo un mediador leptof obico, es decir, sin acoplamientos directos con los leptones, y que interact ue axialmente con la materia oscura, de manera que el acoplamiento entre la materia oscura y los quarks sea dependiente del spin. Teniendo estas consideraciones en mente, buscamos el modelo m as simple que cumpla estos requisitos y que cancele las anomal as del nuevo grupo de simetr as gauge, y estudiamos la fenomenolog a de un modelo representativo de este tipo.