Was versteht man unter spinabhängigen und spinunabhängigen Wechselwirkungen der Dunklen Materie mit den Kernen?
Wie wird die Wechselwirkung zwischen Zellkern und DM modelliert?
Was können wir schlussfolgern, wenn die DM-Kern-Wechselwirkungen spinabhängig bzw. unabhängig sind?
Wie verändert sich der Wirkungsquerschnitt bei spinabhängiger Wechselwirkung?
Ich bin ein Anfänger in der Theorie der dunklen Materie und daher ist die Verwendung von zu vielen Fachjargons nicht hilfreich.
Was versteht man unter spinabhängigen und spinunabhängigen Wechselwirkungen der Dunklen Materie mit den Kernen?
Die Kerne und Atome haben Spins, ebenso wie die freien Teilchen, Protonen, Elektronen, Photonen in der Weltraumumgebung.
Diese Aussage geht davon aus, dass ein noch nicht entdecktes Elementarteilchen dunkle Materie, Axionen oder WIMPS ausmacht . Der Wechselwirkungsquerschnitt wird anders sein, wenn das Dunkle-Materie-Teilchen ein Axion ist, das einen Spin von 0 hat, oder eines der WIMPS, das einen anderen Spin als Null haben könnte.
PICASSO ist überwiegend empfindlich gegenüber spinabhängigen Wechselwirkungen von WIMPs mit den Fluoratomen.
In den verschiedenen Experimenten wird also die Spinabhängigkeit oder -unabhängigkeit mathematisch modelliert und mit Daten überprüft.
Bei den typischen Geschwindigkeiten von WIMPs relativ zum DM-Detektor (in der Größenordnung von 300 km/s) fällt der gesamte Kern gut in eine De-Broglie-Wellenlänge. Die Amplitude für den Streuquerschnitt ist dann die Summe der Amplituden der Wechselwirkung mit allen Nukleonen einzeln. Wenn die Wechselwirkungen spinunabhängig sind, bedeutet dies, dass die Amplitude proportional zur Anzahl der Nukleonen ist.
Im Falle einer spinabhängigen Wechselwirkung ändert die Amplitude jedoch das Vorzeichen, wenn Sie den Spin eines Nukleons umkehren. Da die Nukleonen in einem Kern abwechselnde Spins haben, hebt sich der Beitrag verschiedener Nukleonen zur Gesamtamplitude auf, sodass Sie eine Summe erhalten, die je nach Gesamtspin in der gleichen Größenordnung liegen kann wie die Streuung an einem einzelnen Nukleon oder es kann fast Null sein.
Der Gesamtwirkungsquerschnitt ist proportional zum Quadrat der Amplitude, daher kann dieser für spinunabhängige Wechselwirkungen von WIMPS mit schweren Kernen viel größer sein.
SRS
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