Wir präsentieren eine Untersuchung der phänomenologischen Konsequenzen von lokalen supersymmetrischen Erweiterungen des Standardmodells, welche eine korrekte Menge von dunkler Materie vorhersagen und sich durch eine Vereinbarkeit mit primordialer Nukleosynthese und Leptogenese auszeichnen. Die Existenz vom Gravitino, einem Spin-3/2 Superpartner vom Graviton, ist eine eindeutige Vorhersage der lokalen Supersymmetrie. Die Zerfälle, die das Gravitino im Anfang- oder Endzustand beinhalten, sind Ursache für Probleme im frühen Universum, da das Gravitino nur sehr schwach wechselwirkt.
Eine Klasse von Modellen, in denen das Gravitino-Problem gelöst ist, sagt vorher, dass das Gravitino das leichteste oder das schwerste supersymmetrische Teilchen ist, begleitet vom nächst- leichtesten oder dem leichtesten Higgsino-artigen Neutralino. In beiden Fällen wird die LHC Phänomenologie von den Higgsino Zuständen beherrscht. Die Massenentartung zwischen den geladenen und den neutralen Zuständen, und die sehr schweren Farb-geladenen Zustände, verhindern eine frühe Entdeckung am LHC, insbesondere wenn man verlangt, dass die Masse des leichtesten Higgs Teilchens nahe dem letzten experimentellen Hinweis vom LHC liegt. Eine andere Klasse von Modellen, die das Gravitino als Kandidaten für die dunke Materie ansieht, führt eine geringe Verletzung der R-Parität ein, um die Kosmologie konsistent zu machen. Die Phänomenologie am LHC ist in diesem Fall durch die R-Parität-verletzenden Zerfälle des nächst-leichtesten supersymmetrischen Teilchens bestimmt, welches ein Bino- oder Higgsino-artiges Neutralino oder ein Stau sein kann.
Wir verwenden eine neuartige Beschreibung bilinearer R-Paritäts Verletzung, um die Zerfallsbreiten des Gravitinos und des möglichen nächst-leichtesten supersymmetrischen Teilchens zu berechnen. Da es einen Zusammenhang zwischen den Zerfällen des Gravitinos und denen des Neutralinos gibt, können wir die Zerfallslänge des Neutralinos am LHC direkt aus den Fermi- LAT Ergebnissen der Suche nach kosmischer Gammastrahlung aus den Zerfällen der dunklen Materie vorhersagen. Die Zerfälle des nächst-leichtesten supersymmetrischen Teilchens in den Detektoren am LHC deformieren die Verteilung der fehlenden transversalen Energie so, dass die Suchen nach dieser Signatur erheblich erschwert sind. Gleichzeitig erzeugen sie aber eine neue Signatur, basierend auf den sekundären Vertices. Es stellt sich heraus, dass für die vom LHC erreichbaren Gluino- und Squarkmassen, die Suchen nach den sekundären Vertices solche Werte der R-Paritäts brechenden Parameter untersuchen können, die weit unter den bestehenden oberen Schranken aus der Astrophysik und Kosmologie liegen.
We investigate phenomenological consequences of locally supersymmetric extensions of the Standard Model consistent with primordial nucleosynthesis, leptogenesis and dark matter constraints. An unequivocal prediction of local supersymmetry is the existence of the gravitino, the spin-3/2 superpartner of the graviton. Due to its extremely weak couplings, decays involving the gravitino in the initial or the final state may cause problems in the early universe. One class of models solving the gravitino problem makes the gravitino either the heaviest or the lightest supersymmetric particle (LSP), while predicting a higgsino-like neutralino as the LSP or the next-to-lightest superparticle (NLSP), respectively. In both cases the LHC phenomenology is determined by the higgsino states. The mass degeneracy between the charged and neutral states, together with very heavy colored states, prevent an early discovery at the LHC, especially if one demands a lightest Higgs mass compatible with the recent LHC signal excess.
Another class of models, in which the gravitino is also a dark matter candidate, introduces a small violation of R-parity to render the cosmology consistent. In this case, the phenomenol- ogy at the LHC is determined by the R-parity violating decays of the NLSP which can be a bino-like or a higgsino-like neutralino or a stau. Using a novel approach to describing bilinear R-parity violation, we compute decay rates of the gravitino and the possible NLSP. Due to a connection between the gravitino and neutralino decay widths, we can predict the neutralino NLSP decay length at the LHC directly from the recent Fermi-LAT results for decaying dark matter searches. The decays of the NLSP in the detectors distort the miss- ing transverse energy (MET) signature, which complicates the searches relying on it, while creating a new secondary vertex signature. We conclude that for gluino and squark masses accessible at the LHC, searches based on secondary vertices can probe values of the R-parity breaking parameter which are far below the present upper bounds obtained from astrophysics and cosmology.