Das WIMP-Wunder wird oft verwendet, um WIMPs zu motivieren: dass ein WIMP mit einer schwachen Masse nach dem Urknall mit der richtigen Relikthäufigkeit auf natürliche Weise aus dem thermischen Gleichgewicht gefriert. Ich verstehe den "schwach wechselwirkenden" Teil des "Wunders" - das SM enthält einen schwachen Wechselwirkungsquerschnitt - aber ich verstehe nicht, warum die "schwache Masse" so ein Zufall ist. Es wäre nur ein Zufall, wenn wir einen generischen unabhängigen Grund hätten, Teilchen auf der schwachen Skala zu erwarten. Tun wir? 100 GeV scheinen schwach wechselwirkenden Teilchen nicht eigen zu sein (schließlich sind Neutrinos schwach wechselwirkend und sie sind ziemlich weit von 100 GeV entfernt).
BEARBEITEN : Hinzufügen von zwei Quellen, die miteinander in Konflikt zu stehen scheinen, um die Quelle meiner Verwirrung zu erklären.
Auf Seite 9 von Ref. 1, Feng sagt uns, dass die thermische Reliktdichte proportional zu ist , wobei m die WIMP-Masse und G die Selbstkopplung ist. Das WIMP-Wunder funktioniert also nur für ~100-GeV-Teilchen mit schwacher Kopplung.
Aber auf Seite 221 von Ref. 2, von Jungman et al, wird uns gesagt, dass die thermische Reliktdichte unabhängig von der WIMP-Masse ist.
Beide Papiere stammen von Experten auf diesem Gebiet und sind ziemlich maßgeblich. Meine Frage ist also, wer hat recht? Oder haben beide recht und was verstehe ich falsch?
Verweise:
Dunkle Materie wurde postuliert, um Diskrepanzen in den Beobachtungen zu erklären
Astrophysiker stellten die Hypothese auf, dass dunkle Materie existiert, um Diskrepanzen zwischen der Masse großer astronomischer Objekte zu erklären, die aus ihren Gravitationseffekten bestimmt wird, und ihrer Masse, die aus der beobachtbaren Materie (Sterne, Gas und Staub) berechnet wird, die sie enthalten. Ihre Gravitationseffekte deuten darauf hin, dass ihre Massen viel größer sind, als die Untersuchung der beobachtbaren Materie vermuten lässt.
Um die Diskrepanz mit bekannten Teilchen zu erklären, müssten sie um die Gravitationsquellen der Galaxien herum gefangen sein, um eine neutrale Ladung zu haben und schwache Wechselwirkungen zu haben, da sie sonst durch emittiertes oder absorbiertes Licht nachgewiesen worden wären.
Das Standardmodell der Teilchenphysik hat keine schwach wechselwirkenden massiven Teilchen, die stabil sind, mit Ausnahme der Neutrinos, die eine sehr kleine Masse haben. Um alle astrophysikalischen Beobachtungen für die Existenz dunkler Materie in Einklang zu bringen, werden Ordnungsmassen der schwachen Skala oder größer postuliert. Wichtig ist der Gravitationseinfang, der große Massen benötigt.
Warum die schwache Skala als untere Grenze? denn wenn es stabile, schwach wechselwirkende Teilchen mit einer Masse in der Größenordnung von GeV oder mehreren zehn GeV gegeben hätte, hätten wir ein anderes Standardmodell gehabt, sie wären in den Teilchenphysik-Experimenten des letzten Jahrhunderts entdeckt worden.
In Erweiterungen des Standardmodells mit Supersymmetrie und in Stringtheorien werden schwere, schwach wechselwirkende Teilchen in Hülle und Fülle erwartet, und sie könnten das Problem der Dunklen Materie lösen, obwohl auch andere Alternativvorschläge existieren.
Es ist also kein Wunder, dass für WIMPS Massen von mehr als etwa 100 GeV benötigt werden. W-Bosonen und Z-Bosonen haben diese Größenordnung und wurden nachgewiesen, aber sie zerfallen. Die Argumente für das thermische Gleichgewicht und die Querschnitte werden ausgebügelt, wenn experimentell ein TeV-WIMP gefunden wird. Die Nichtbeobachtung von WIMPs in den Experimenten setzt die untere Grenze.
anna v
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