Search for new physics in light of interparticle potentials and a very heavy dark matter candidate

É geralmente bem conhecido que o Modelo Padrão da física de partículas não é a teoria final das interações fundamentais, pois tem inúmeros problemas não resolvidos, portanto, deve ser estendido. Decifrar a natureza da matéria escura continua sendo um dos grandes desafios da física contemporânea. A Supersimetria é provavelmente a mais atraente extensão do Modelo Padrão pois pode simultaneamente fornecer uma solução natural para o problema da hierarquia e unificar os acoplamentos de calibre na escala de Grande Unificação de uma tal maneira que não afeta a sua fenomenologia de baixas energias. Além disso, a partícula supersimétrica mais leve é um dos candidatos mais populares para a partícula de matéria escura. Na primeira parte desta tese estudamos os potenciais interpartículas gerados pelas interações entre correntes de spin 1/2 que são mediadas por partículas de spin 1 no limite de baixa transferência de momento. Investigamos diferentes representações do mediador de spin 1 para ver como ele modifica os perfis dos potenciais interpartículas e também incluímos em nossa análise todos os tipos de acoplamentos entre correntes fermiônicas e o bóson mediador. A comparação entre o caso bem conhecido do campo de Proca e o de um bóson de spin-1 (com massa invariante de calibre) descrito pela mistura de uma 2-forma com um campo quadrivetorial de calibre é estabelecida a fim de buscar uma análise dos perfis dependentes de spin e de velocidade dos potenciais interpartículas. Discutimos possíveis aplicações e derivamos um limite superior no produto das constantes deacoplamentovetoriaisepseudo-tensoriais. Os potenciais interpartículas dependentes de spin e de velocidade que obtivemos podem ser usados para explicar efeitos possivelmente associados a novas forças macroscópicas, tais como modificações na lei do inverso do quadrado e possíveis efeitos de acoplamento do tipo spin-gravidade. A segunda parte desta tese é baseada na fenomenologia da matéria escura de extensões U(1)' do Modelo Padrão Supersimétrico Mínimo bem motivadas. Nestes modelos, o sneutrino de mão direita é um bom candidato para a matéria escura cujas propriedades da matéria escura estão de acordo com a densidade relíquia atual e os atuais limites experimentais obtidos para a seção de choque do espalhamento entre nucleons e matéria escura. O sneutrino pode se aniquilar em partículas mais leves através da troca de bósons de calibre massivos e bósons de Higgs através de processos de canal s. Para ver o quão pesado o sneutrino de mão direita pode ser como candidato viável de matéria escura, nós exploramos suas propriedades de matéria escura na região do espaço de parâmetros que minimiza sua densidade relíquia via efeitos de ressonância e assim permite que ele seja uma partícula de matéria escura mais pesada. Descobrimos que, no contexto do modelo padrão de cosmologia, o sneutrino de mão direita pode se comportar como uma boa partícula de matéria escura mesmo com massas da ordem de dezenas de TeV, o que está bem acima das massas que os candidatos de matéria escura do tipo WIMPs geralmente têm na maioria dos modelos de partículas de matéria escura.