Wir konfrontieren die erwarteten Signale von instabiler Gravitino-Dunkler-Materie mit Beobachtungen von Experimenten zur indirekten Suche nach dunkler Materie in allen möglichen Kanälen kosmischer Strahlung. Zu diesem Zweck berechnen wir in allen Einzelheiten die Gravitinozerfallsbreiten in Theorien mit bilinearer Verletzung der R-Parität, wobei wir uns insbesondere auf Zerfallskanäle mit drei Teilchen im Endzustand konzentrieren. Auf der Basis dieser Berechnungen sagen wir die Flüsse von Gammastrahlen, geladenen kosmischen Strahlen und Neutrinos vorher, die aus Zerfällen Gravitino-Dunkler-Materie erwartet werden. Obwohl die vorhergesagten Spektren prinzipiell die beobachteten Anomalien in den von PAMELA und Fermi LAT gemessenen Flüssen von Positronen und Elektronen in der kosmischen Strahlung erklären könnten, beobachten wir, dass diese Möglichkeit auf Grund starker Einschränkungen aus den Beobachtungen von Gammastrahlen und Antiprotonen ausgeschlossen ist.
Daher verwenden wir aktuelle Daten von Experimenten zur indirekten Suche nach dunkler Materie um starke Schranken an die Gravitinolebensdauer und die Stärke der R-Paritäts-Verletzung zu setzen. Des Weiteren diskutieren wir die Erfolgsaussichten kommender Suchen nach einem Gravitinosignal im Spektrum von Antideuteronen in der kosmischen Strahlung, wobei wir beobachten, dass sie insbesondere für niedrige Gravitinomassen empfindlich sind. Schließlich erörtern wir ausführlich die Erfolgsaussichten ein Neutrinosignal aus Zerfällen Gravitino-Dunkler-Materie zu messen, wobei wir feststellen, dass die Sensitivität von Neutrinoteleskopen wie IceCube insbesondere für den Fall schwerer Gravitinos zu Beobachtungen in anderen Kanälen kosmischer Strahlung konkurrenzfähig ist.
Darüber hinaus besprechen wir die Erfolgsaussichten für eine direkte Entdeckung Gravitino-Dunkler-Materie über R-Paritäts-verletzende inelastische Streuungen an Nukleonen. Wir stellen fest, dass, obwohl der Streuwirkungsquerschnitt gegenüber dem Fall elastischer Gravitino-Streuungen deutlich erhöht ist, das erwartete Signal um viele Größenordnungen zu klein ist als dass man eine Entdeckung in unterirdischen Detektoren erhoffen könnte.
We confront the signals expected from unstable gravitino dark matter with observations of indirect dark matter detection experiments in all possible cosmic-ray channels. For this purpose we calculate in detail the gravitino decay widths in theories with bilinear violation of R parity, particularly focusing on decay channels with three particles in the final state. Based on these calculations we predict the fluxes of gamma rays, charged cosmic rays and neutrinos expected from decays of gravitino dark matter. Although the predicted spectra could in principal explain the anomalies observed in the cosmic-ray positron and electron fluxes as measured by PAMELA and Fermi LAT, we find that this possibility is ruled out by strong constraints from gamma-ray and antiproton observations.
Therefore, we employ current data of indirect detection experiments to place strong constraints on the gravitino lifetime and the strength of R-parity violation. In addition, we discuss the prospects of forthcoming searches for a gravitino signal in the spectrum of cosmic-ray antideuterons, finding that they are in particular sensitive to rather low gravitino masses. Finally, we discuss in detail the prospects for detecting a neutrino signal from gravitino dark matter decays, finding that the sensitivity of neutrino telescopes like IceCube is competitive to observations in other cosmic ray channels, especially for rather heavy gravitinos.
Moreover, we discuss the prospects for a direct detection of gravitino dark matter via R-parity violating inelastic scatterings off nucleons. We find that, although the scattering cross section is considerably enhanced compared to the case of elastic gravitino scattering, the expected signal is many orders of magnitude too small in order to hope for a detection in underground detectors.