We give a brief overview of the new paradigm for light dark-matter in the representative example of the so-called Strongly Interacting Massive Particles (SIMPs) and the concrete particle-physics models realizing it. We first explain the model-independent general conditions for SIMP darkmatter and discuss some recently proposed models for SIMP dark-matter, such as dark mesons and new fundamental scalars with discrete gauged symmetries. Dark U (1) gauge symmetry can be introduced to guarantee the

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... stability of dark matter. Furthermore, the corresponding gauge boson of the dark U (1) may cause dark-matter to be in kinetic equilibrium with SM particles during the freeze-out. The possibilities of detecting SIMP dark matter at underground and collider experiments are discussed. I. 서 론 우리는 은하나 은하단의 공전 속도의 분포, 중력렌즈 효과, 우주배경복사의 비등방성 등으로부터 현재 우주의 물질의 80%는 암흑 물질로 구성되어 있다는 것을 알고 있 다. 우리가 알고 있는 물질은 원자로 구성되어 있고, 원자는 쿼크들과 전자와 같이 기본적인 소립자로 구성되어 있다. 따라서, 암흑 물질을 구성하는 기본적인 입자가 있으리라고 믿어지며, 암흑 물질의 성질을 결정하게 된다. 윔프 (weakly interacting massive particles, WIMP) 라는 입자는 암흑 물질의 대표적인 후보인데, 이는 중성미자와 같이 표준 모 형의 다른 입자들과 약한 상호작용을 하지만 상대적으로 100 GeV/c 2 정도의 큰 질량을 가진다. 우주의 표준모형에 따르면, 우주 초기에는 표준 모형의 입자들이 빛의 속도에 가깝게 움직이며 열적 평형 상태에 있었고, 두 개의 윔프가 표준 모형의 입자들로 소멸 또는 생성되는 과정도 화학적인 균형 (chemical equilibrium) 을 이룬다. 그러나, 우주가 팽 창하면서 우주의 온도가 윔프의 질량보다 작아지면, 표준 모형의 입자들로부터 윔프가 더 이상 생성되지 못하고, 남아 있던 윔프의 소멸률이 우주의 팽창률 보다 작아지면 윔프의 갯수는 더 이상 변하지 않게 된다. 이러한 과정을 열적 동결 (thermal freeze-out) 이라고 한다 [1]. 결과적으로, 윔프는 약한 상호 작용에 의해서 현재 우주의 실제 암흑 물질의 에너지 밀도를 자연스럽게 설명할 수 있다. 윔프는 중성미 자와 비슷한 상호작용을 하므로, 윔프는 검출기의 원자핵과 산란을 하거나, 윔프의 소멸 과정을 통해서 나오는 고에너 지 우주선을 통해서, 직간접으로 검출할 수 있는 가능성이 있다. 이런 이유로, 대부분의 지하 실험이나 가속기, 우주선 실험들은 윔프 암흑 물질의 검출에 초점을 두고 진행되어 왔다. 그러나, 아직까지 윔프의 직접적인 신호를 검출하지 못했다. 최근에는 심프 (strongly interacting massive particles, SIMP) 라는 새로운 성질의 입자가 암흑 물질의 후보로 주목 을 받기 시작했다 [2,3]. 심프 입자는 윔프에 비해 표준 모형 의 입자들과 매우 약한 상호작용을 하지만, 윔프의 경우와 비슷하게 열적 동결의 과정을 거쳐서 암흑 물질의 밀도가 결정되어진다는 점이 주목할 만하다. 심프는 윔프와 달리, 두 개의 암흑 물질이 만나서 표준 모형의 입자들로 소멸하 기보다 세 개의 암흑 물질이 만나서 두 개의 암흑 물질로 줄어드는 빈도가 더 높은데, 심프는 윔프에 비해서 우주의 온도가 훨씬 낮을때 열적 동결의 조건을 만족하므로 100 MeV/c 2 정도의 작은 질량을 갖게 된다. 이 경우에 심프는 큰 자체 상호 작용을 갖게 되므로, 은하 단위의 구조를 형 성하는 문제 (core-cusp problem) 를 해결하기에 적당하다 [4].