Wie wurde dunkle Materie zu einem Relikt?

Warum sank die Zerfallsrate der Teilchen der Dunklen Materie mit der Temperatur des Universums? T U unter die Masse der Dunklen Materie gefallen M D M ?

Insbesondere warum kann es auch heute noch nicht in leichtere Teilchen zerfallen? Schließlich habe ich aus der Nulltemperaturfeldtheorie die Erfahrung gemacht, dass schwerere Teilchen auch bei Nulltemperatur in leichtere zerfallen können. Ich bin jedoch nicht mit der endlichen Temperaturberechnung von Zerfallsraten vertraut. Geht die Zerfallsrate (wie in der endlichen Temperaturfeldtheorie berechnet) auf Null, wenn die Temperatur unter einen bestimmten Schwellenwert fällt?

Ich verstehe, dass die Produktion dunkler Materie unterhalb einer bestimmten Temperatur aufhören würde, aber ich verstehe nicht, warum der Zerfall aufhören sollte.

Antworten (1)

Es gibt zwei Teilchenkandidaten für dunkle Materie, und beide befinden sich noch im Bereich der Hypothesen. Diese Teilchen sind genau deshalb Kandidaten, weil sie nicht zu etwas Leichterem zerfallen können, sie sind stabil. Neutrinos, die ebenfalls nicht in etwas Leichteres zerfallen können, haben eine so geringe Masse, dass sie nicht modellieren können, wie dunkle Materie von Gravitationszentren angezogen wird.

Das Axion ist ein hypothetisches Elementarteilchen, das 1977 von der Peccei-Quinn-Theorie postuliert wurde, um das starke CP-Problem in der Quantenchromodynamik (QCD) zu lösen. Wenn Axionen existieren und innerhalb eines bestimmten Bereichs eine geringe Masse haben, sind sie als möglicher Bestandteil kalter dunkler Materie von Interesse.

Es gibt ein Experiment, das versucht, das Axion als dunkle Materie zu finden.

Das Axion Dark Matter Experiment (ADMX, in der Projektdokumentation auch als Axion Dark Matter eXperiment geschrieben) verwendet einen resonanten Mikrowellenhohlraum innerhalb eines großen supraleitenden Magneten, um im lokalen Halo aus dunkler Materie in der Galaxie nach Axionen aus kalter dunkler Materie zu suchen. Ungewöhnlich für einen Dunkle-Materie-Detektor ist, dass er sich nicht tief unter der Erde befindet. ADMX ist am Center for Experimental Nuclear Physics and Astrophysics (CENPA) der University of Washington angesiedelt und ist eine große Gemeinschaftsinitiative mit Forschern aus Universitäten und Labors auf der ganzen Welt.

Dann gibt es das Neutralino als Kandidat für ein schwach wechselwirkendes massives Teilchen (WIMP)

In R-paritätserhaltenden Modellen ist das leichteste Neutralino stabil und alle supersymmetrischen Kaskadenzerfälle zerfallen schließlich in dieses Teilchen, das den Detektor unsichtbar lässt und dessen Existenz nur durch die Suche nach unausgeglichenem Impuls in einem Detektor gefolgert werden kann.

Es ist also die Erhaltung der R-Parität, die sie stabil macht

Schwach wechselwirkende massive Teilchen (WIMPs) sind hypothetische Teilchen, von denen angenommen wird, dass sie dunkle Materie darstellen. Es gibt keine klare Definition eines WIMP, aber im Großen und Ganzen ist ein WIMP ein neues Elementarteilchen, das über die Schwerkraft und jede andere Kraft (oder Kräfte) interagiert, die möglicherweise nicht Teil des Standardmodells selbst ist und so schwach oder schwächer als das Schwache ist Nuklearkraft, sondern auch unvergänglich in ihrer Stärke. Auch ein WIMP muss im frühen Universum thermisch entstanden sein, ähnlich wie die Teilchen des Standardmodells nach der Urknall-Kosmologie, und wird in der Regel kalte dunkle Materie darstellen.

Das Picasso-Experiment sucht nach dunkler Materie mit Spin, was das Neutralino tut, das Axion jedoch nicht.

Dies ist ein aktives Forschungsgebiet, sowohl experimentell als auch theoretisch

Meine Frage ist, warum sollte die DM-Zerfallsrate unterdrückt (wenn nicht vollständig gestoppt) werden, wenn die Temperatur des Universums unter die DM-Masse fällt.
Die dunkle Materie zerfällt nicht, sie existiert als unterstes Teilchen. Aber die Teilchen, die in die dunkle Materie Axion oder Neutralino zerfallen, brauchen hohe Energien, um in der Ursuppe erzeugt zu werden. Wenn das Universum auf das nukleare Entstehungszeitalter abgekühlt ist, werden sie nicht mehr in großer Zahl erzeugt und sie zerfallen und dann ist die Zahl der Axionen oder Neutralinos der Dunklen Materie stabil.
Dunkle Materie sind also die (vergleichsweise) leichteren, aber stabilen Zerfallsprodukte schwererer Teilchen. Diese schwereren Teilchen befanden sich in einer sehr frühen Epoche im Gleichgewicht. Die Rate, mit der diese schwereren Partikel in leichtere DM-Partikel zerfielen, war gleich der Rate, mit der DM-Partikel interagierten, um sie wieder zu reproduzieren. Aber als sich das Universum ausdehnte und abkühlte, hatten die DM-Teilchen nicht genug kinetische Energie, um die schwereren Teilchen wieder zu produzieren. Darüber hinaus führte die Expansion zu einer verringerten Anzahldichte und machte die Wechselwirkung zwischen DM-Partikeln seltener. Ist das korrekt?
ja, das ist das bild
Was ist die Ausfriertemperatur für einen Kandidaten für dunkle Materie? χ ? Ist es die Temperatur, bei der χ χ Wechselwirkungen haben nicht genügend Energie, um schwerere Teilchen zu reproduzieren (die in zerfallen können χ ). Oder ist es die Temperatur, bei der die χ χ ¯ Vernichtung hört auf?
Die Neutrlino-Vernichtung (siehe zum Beispiel hier) wird sehr schwach sein. Entscheidend ist der Mangel an Quellen, wenn die Energie unter die Produktion der Eltern fällt. das ist interessant ned.ipac.caltech.edu/level5/Kolb/Kolb5_1.html für axions dies astro.princeton.edu/~dns/MAP/Bahcall/node16.html
Wie wurde dunkle Materie zu einem Relikt?
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