Was sind die Schritte, um einen Kandidaten für dunkle Materie zu identifizieren?

Was sind die Schritte, um einen DM-Kandidaten zu identifizieren? Eine Erklärung anhand eines einfachen DM-Modells ist hilfreich.

Die Voraussetzungen dafür, dass ein Teilchen oder eine Teilchenart für die dunkle Materie verantwortlich ist, die benötigt wird , um kosmische Beobachtungen an Gravitationsmodelle anzupassen, sind, dass sie keine elektromagnetische Strahlung in den nachweisbaren Spektren beitragen, dh sichtbare, Röntgen- und Gammastrahlen in einer Stärke, die in unserem sichtbar ist Detektoren.

Im Standardmodell der Teilchenphysik gibt es vier grundlegende Wechselwirkungen, die für Materie und ihr Verhalten verantwortlich sind: stark, elektromagnetisch, schwach und gravitativ. Diese sind durch ihre Kopplungskonstante gekennzeichnet, die Konstante, die alle Scheitelpunkte in den Feynman-Diagrammen multipliziert, die verwendet werden, um die Wahrscheinlichkeiten von Streuungen und Zerfällen zu berechnen.

Die Größe der Kopplungskonstanten beeinflusst die Wahrscheinlichkeiten von Streuungen und Zerfällen für beliebige Teilchen.

Wenn ein Teilchen mit einer starken Wechselwirkung interagieren kann, wird es, selbst wenn es neutral ist, mit hoher Wahrscheinlichkeit Paare geladener Teilchen erzeugen, die am Ende Licht erzeugen, das den Großteil der dunklen Materie sichtbar machen würde, und daher sind sie keine Kandidaten für dunkle Materie.

Dasselbe gilt für die elektromagnetischen Kopplungen, die Wechselwirkungen und Zerfälle erzeugen Licht. Schließlich sehen wir deshalb zunächst die Sterne und Galaxien. Denn die starken Kräfte in ihrem Kern erzeugen durch die starke Kraft (Fusion) geladene Teilchen, die wir als das Licht der Sterne sehen.

Die Gravitationswechselwirkung ist so sehr schwach, dass sie zu diesem Zeitpunkt, zu dem wir das Universum beobachten, aus der Berechnung für die Erzeugung von Teilchen herausfällt.

Geschichte des Universums

Die Kandidaten für Dunkle Materie in den bisher untersuchten Modellen der Teilchenphysik müssen derzeit schwach wechselwirken, um bis in unsere Tage zu überleben, ganz rechts im Diagramm oben, und auch stabil genug, um nicht verschwunden zu sein inzwischen in andere sichtbare Komponenten.

Im Standardmodell ist es nur das Neutrino, das hauptsächlich die Forderung nach schwachen Wechselwirkungen erfüllt und bis heute überlebt. Leider ist seine Masse zu klein, um die beobachteten Muster erzeugen zu können, selbst wenn es an den Gravitationsquellen von Galaxien und Galaxienhaufen gefangen wird.

Es gibt jenseits des Standardmodells Teilchenmodelle, die einen stabilen Grundzustand für schwach wechselwirkende zerfallende Teilchen haben. Supersymmetrie (und andere theoretische Modelle) bieten Kandidaten namens WIMPs, schwach wechselwirkende massive Teilchen mit einem neutralen Grundzustandsteilchen, das aufgrund einer Quantenzahlerhaltung mit einer sehr geringen Wahrscheinlichkeit zu Standardmodellteilchen zerfällt.

Die Wikipedia-Artikel über dunkle Materie und WIMPs erklären die Details. Es werden andere Modelle angeboten, nicht von elementaren Wechselwirkungen, die derzeit nicht ernsthaft betrachtet werden, aber es ist eine offene Forschungsangelegenheit.

Eine Möglichkeit besteht darin, den Zerfallsmodus zu überprüfen und die Energie der Teilchen zu untersuchen, um zu sehen, was ihre Ursprünge sein könnten, und auch durch Anwendung des Erhaltungsprinzips können Sie sie vielleicht finden. Zum Beispiel Neutrinos, die nach dem Erhaltungsprinzip im Beta-Zerfall gefunden werden .