Könnten Teilchen der Dunklen Materie produziert worden sein, die nicht an Quarks oder Leptonen koppeln?

Ja, es gab Hinweise darauf, dass solche Teilchen existieren, und ein Beispiel ist das sterile Neutrino .

Aber Ihre Frage ist etwas komplizierter, als Sie vielleicht auf den ersten Blick denken. Wenn zum Beispiel das sterile Neutrino nur durch die Schwerkraft interagiert, welche Wechselwirkung hat dazu geführt, dass es überhaupt entstanden ist? Es gibt nichts im Standardmodell , das solche Partikel erzeugen könnte. Wir gehen jedoch davon aus, dass das Standardmodell eine Niedrigenergie-Näherung ist, und da wir in der Zeit rückwärts in Richtung Urknall arbeiten und die Energien höher werden, benötigen wir eine große einheitliche Theorie wie SO (10)und schließlich eine Quantentheorie der Gravitation (die Stringtheorie sein kann oder nicht). Diese enthalten Wechselwirkungen, die Teilchen wie sterile Neutrinos erzeugen können. Dies bleibt jedoch ein spekulatives Gebiet der Physik und im Moment können wir nicht definitiv sagen, ob solche Teilchen existieren oder ob sie existieren, wie sie entstanden sind.

Diese Antwort liegt innerhalb des aktuellen physikalischen und theoretischen Verständnisses, das einen erfolgreichen Formalismus entwickelt hat, der alle experimentell gesehenen Teilchen im Standardmodell umfasst . Das Modell war sehr erfolgreich bei der Vorhersage mehrerer neuer Teilchen unter Verwendung seiner Symmetrie und Mathematik, wobei die experimentelle Beobachtung des Higgs-Bosons vielleicht als letzter Validierungspunkt diente.

Dieses Modell schließt die Schwerkraft nicht ein und Theoretiker arbeiten hart daran, ein Modell zu entwickeln, das die Standardmodelle umfasst$SU(3) \times SU(2) \times U(1)$Gruppenstruktur, in komplizierteren Modellen, die die Quantisierung der Schwerkraft beinhalten. String-Modelle versprechen, dies zu können, aber die Theorien sind noch nicht so weit fortgeschritten, ein solides Modell aus Tausenden von Möglichkeiten vorzuschlagen. Sobald ein solches Modell vorgeschlagen wird, kann überprüft werden, ob es Vorhersagen für Teilchen gibt, die in erster Ordnung nur mit dem Gravitationsfeld wechselwirken.

Es gibt Vorschläge, die Ergebnisse von Gravitonresonanzen am LHC zu sehen , und es könnte sein, dass in einigen String-Modellen eine stabile oder langlebige Gravitationsteilchen erster Ordnung in der endgültigen Formulierung erscheinen werden. Sicherlich würde das Teilchen innerhalb der Standardformulierungen der Theorie in höheren Ordnungen mit anderen Teilchen wechselwirken.

Lassen Sie uns hier klar die Grenze zwischen zwei Dingen ziehen, da die Frage leicht meinungsbasierte Antworten beinhalten kann, die auch als Nicht-Mainstream bezeichnet werden können (was auf dieser Seite nicht erwünscht ist).

1) Die Existenz dunkler Materie wird im Allgemeinen von einer Mehrheit der Physikergemeinschaft angenommen, da astronomische Beobachtungen, insbesondere des Planck-Weltraumobservatoriums , darauf hindeuten, dass sichtbare Materie nur ausmacht$\sim 5 \%$der gesamten Massenenergie des Universums. Am bequemsten bedeutet dies, dass einige Materie für uns nicht sichtbar ist, daher nennen wir sie „dunkel“ und betrachten Erweiterungen aktueller theoretischer Rahmen, um sie zu berücksichtigen, wie John und Anna in ihren Antworten erwähnt haben.

Es gibt jedoch Alternativen, die darauf abzielen, diese Beobachtungen zu berücksichtigen, ohne zusätzliche unsichtbare Materie einzubeziehen, wie z. B. der Modified Newtonian Dynamics Approach . Wenn sich dies mit der Zeit als richtig herausstellt , müssen wir uns keine Sorgen um die Teilchen der dunklen Materie machen, nach denen Sie fragen. Die endgültige Antwort liegt wirklich in weiter Ferne, da keiner der genannten Ansätze den Anspruch erheben kann, das letzte Wort zu diesem Thema zu sein.

2) In Bezug auf „Dark Matter Particles“ kann man sich, wie dmckee in einem Kommentar erwähnt, mit dem derzeitigen theoretischen Verständnis nicht absolut sicher sein, wie man nach ihnen suchen soll, aber mir ist bekannt, dass bestimmte experimentelle Gruppen berichtet haben Messungen in Bezug auf WIMPs , wie das weit verbreitete Experiment Super Cryogenic Dark Matter Search (SuperCDMS) . Die Strategie hier besteht darin, die Rückstoßenergie eines Kerns in einer Nukleus-WIMP-Kollision zu messen, was mehr oder weniger eine direkte Detektion im Vergleich zur indirekten Methode ist - die Analyse der Trümmer in WIMP-Zerfällen oder -Vernichtungen. Sie hatten ungefähr einige Messungen gemeldet$3\sigma$Niveau , was ermutigende Zeichen sind, wenn auch noch nicht endgültig. (Eine alternative Referenz finden Sie hier ). (Sidenote - Das Vertrauensniveau ist etwas höher als$3\sigma$; Niemand glaubte an die „Entdeckung“ des Higgs-Bosons, bis a$5\sigma$Messung wurde gemeldet.)

Eine vollständig konsistente Theorie ihrer Genese ist eine Frage, die erst geklärt werden kann, wenn wir sicher wissen, dass sie existieren. Im Moment kann weder der theoretische noch der experimentelle Status dieses Problems dies rechtfertigen. Oder im schlimmsten Fall, wenn MoND gut funktioniert, brauchen wir sie vielleicht nicht einmal. Nur die Zeit kann es verraten.