Simplified t-channel models for dark matter searches

Una enorme quantità di evidenze sperimentali sulla esistenza di una forma di materia non luminosa nell'Universo, si sono accumulate nel corso di circa un secolo. Chiarire la sua natura è diventata una delle sfide più eccitanti ed urgenti negli sforzi per capire il nostro Universo. In questo lavoro presento uno studio su un approccio per scoprire la Materia Oscura interpretata come particella elementare e sulla possibilità di produrla e rilevarla negli acceleratori. Nella parte introduttiva presento una breve storia delle evidenze astrofisiche e astronomiche che hanno portato alla ipotesi della esistenza di Materia Oscura. Assumendo che la Materia Oscura sia costituita da una particella elementare ulteriore a quelle predette dal Modello Standard, delineo poi i tre principali metodi di rilevazione utilizzati attualmente per identificarla. Nella seconda parte discuto come si possono costruire teorie nelle quali sia possibile interpretare le ricerche attuali ed i risultati corrispondenti. Eseguo un confronto tra approcci diversi, partendo da modelli completi fino a quelli che utilizzano teorie di campo effettive. In particolare, discuto i loro lati positivi e negativi, motivando l'utilizzo di uno schema intermedio, il cosiddetto approccio con modelli semplificati, caratterizzati da un numero limitato di nuovi stati e parametri e che supera le limitazioni intrinseche delle teorie effettive nel contesto delle ricerche negli acceleratori. Nell'ultima parte fornisco una esaustiva classificazione dei modelli semplificati nel canale t, che non sono ancora stati analizzati sistematicamente nella letteratura. Per ciascuno di essi presento un possibile completamento UV e i segnali più promettenti ad LHC. Per questa ragione tutti i modelli considerati sono stati implementati in strumenti Monte Carlo, validati nel confronto con risultati analitici, studiati in dettaglio e resi pronti per un rilascio pubblico per la comunità fenomenologica e sperimentale di LHC.