Dunkle Materie hat eine Gravitationsmasse, wie wir von ihrer Entdeckung wissen. Hat es eine träge Masse?
Die Antwort hängt von der Identität der Dunklen Materie ab.
Im am weitesten verbreiteten Szenario besteht Dunkle Materie aus „schwach interagierenden massiven Teilchen“ („WIMP“). Das Adjektiv „schwach“ bedeutet eigentlich, dass die Teilchen über die schwache Kernkraft wechselwirken. Dies garantiert ziemlich sicher, dass sie auch mit dem Higgs-Boson interagieren: Die WIMPs tragen die Hyperladung oder die schwache Kernladung (das garantiert "WI" in "WIMP").
Nach der aktuellen Theorie ist der wahrscheinlichste WIMP der LSP, der leichteste Superpartner in einer supersymmetrischen Theorie. Das LSP kann ein Gravitino sein, in diesem Fall sind seine Wechselwirkungen mit den Higgs-Bosonen fast nicht vorhanden – die Schwerkraft ist die einzige relevante Wechselwirkung; oder sie können ein „Neutralino“ sein (higgsino, photino oder zino – oder, auf einer anderen Grundlage, higgsino, neutral wino oder bino) und dieses interagiert mit dem Higgs-Boson so stark wie die bekannten Superpartner des Neutralinos, nämlich die Z-Boson oder das Higgs-Boson selbst.
Wenn die dunkle Materie also aus Neutralinos besteht, dann interagiert sie mit dem Higgs-Boson. Das Higgs-Feld ist jedoch nicht der Hauptgrund, warum diese Teilchen massiv sind ("M" in "WIMP"). Stattdessen ist der Hauptgrund ein Supersymmetriebrechungsmechanismus, etwas Unabhängiges vom Higgs-Mechanismus, der auch als elektroschwacher Symmetriebrechungsmechanismus bezeichnet werden kann. Es ist auf das Brechen von SUSY zurückzuführen und nicht auf das Brechen der elektroschwachen Symmetrie, dass das LSP massiv ist. Zum Beispiel ist SUSY-Breaking erforderlich, um Photino (oder Bino/Wino/Neutralino, das ein Stück davon enthält) massiv zu machen, obwohl das Photon, sein bekannter Superpartner, masselos ist.
Wenn die dunkle Materie aus Axionen besteht, sind ihre Wechselwirkungen mit dem Higgs-Feld praktisch nicht vorhanden. Wenn Dunkle Materie aus MACHOs besteht oder gar nicht existiert, macht es keinen Sinn, ihre Wechselwirkungen auf der Ebene der Teilchenphysik zu beschreiben, weil sie ein zusammengesetztes Objekt ist oder weil sie nicht existiert. Wenn Dunkle Materie beispielsweise aus Schwarzen Löchern bestehen würde, würden sie wie andere Schwarze Löcher interagieren – so ziemlich nur gravitativ.
Gravitationsmasse ist dasselbe wie Trägheitsmasse. Wenn es dunkle Materie gibt, muss sie kalt sein. Masselose Teilchen können nur "warme" Strahlung hervorrufen. Es muss also massiv sein.
Die Erde ist ein Löffel