Добавлен: 12.12.2023
Просмотров: 1287
Скачиваний: 54
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Слабовзаимодействующие массивные частицы
Мы добрались до лидирующего кандидата на роль таинственной массы, а именно, WIMP-а (Weakly Interacting Massive Particle). К вимпам относятся частицы, кото- рые в момента выхода из равновесия Вселенной имели плотности соответствующие
Рис. 7: Лабораторные, астрофизические и космологические ограничения на массу ак- сиона. [22]темной материи. Этот класс частиц имеет ряд преимуществ, которые и поставили его впереди “гонки” кандидатов, давайте же перечислим основные из них:
•
Вимпы обладают малым сечением аннигиляции, которое и позволяет получить достаточную реликтовую плотность и распространённость1 во Вселенной, чтобы претендовать на роль ТМ
•
Появление вимпов в теоретической физике обуславливается проблемами, свя- занным с нарушением электрослабой симметрии.
•
Требование достаточной плотности означает, что вимпы должны достаточно силь- но взаимодействовать с материей для прямого детектирования.
Также стоит отметить, что вимпы участвуют не только в гравитационном, но и в слабом взаимодействии (что можно было заметить из выше перечисленных свойств). Современная оценка плотности вимпов [12]:
ΩWIMP h2 =
3 ×10−27см3c−1
⟨σannν⟩
1Согласно уравнениям Больцмана, распространённость частица обратно пропорциональна сечению
аннигиляции, из чего следует, что чем более частицы слабовзаимодействующая, тем более она распро- странена на данный момент.
≤≤
⟨⟩
Верхняя граница сечения аннигиляции дается условием унитарности (т.е. услови- ем, что вероятность реакции не может быть больше 1), которое для точечных частиц имеет вид σannν<8π/m2. Из данного условия, учитывая также унитарность для ΩWIMPh2 1 мы получаем ограничение на массу вимпов: mWIMP340 ТэВ. В даль- нейшем, экспериментальным путем с помощью WMAP, были получены более строгие ограничения:
mW
IMP ≤120 ТэВ.
Отметим также, что к вимпам можно прийти и из расширений СМ, таких как SUSY (Суперсимметрия).
- 1 ... 6 7 8 9 10 11 12 13 ... 16
Суперсимметричные частицы
Суперсимметрия или на англ. SUSY (Supersymmetry) — одно из расширений СМ, ко- торое добавляет новые частицы и взаимодействия. SUSY постулирует наличие связи между фермионами и бозонами и введение для каждой обычной частицы ее частицу- суперпартнера, масса которой превышает массу ее обычного партнера, а спин отли- чается на 1/2.
Минимальным суперсимметричным расширением СМ является MSSM (Minimal Supersymmetric Standard Model). MSSM добавляет для всех калибровочных полей фермионных суперпарнетров. Так, к примеру, для бозонов Z0 и W ±фермионными су-перпартенрами являются бино (B˜) и вино (W˜i)
соответственно. Общее название для
всех этих партнеров — гаугино. Для фермионов же, партнёрами будут скалярные частицы.
MSSM и СМ различаются по R-четности:
R = (−1)3B+L+2s
где B — барионное число, L — лептонное число, s — спин частицы.
—
Так для обычных частиц R= +1, для суперпартнеров R= 1. Следовательно, для стабильных SUSY-частиц, сохраняющих R-четность возможна лишь парная анниги- ляция. Легчайшая из данных частиц наиболее привлекательна для кандидата в ТМ. Также, она не должна обладать электрическим и цветным зарядом. Такая частица на- зывается нейтралино. Она получается из линейной комбинации суперпартнеров для бозонов Хиггса H0, H0 и Z0:
1 2
χ = C1B˜ + C2W˜3 + C3H˜0 + C4H˜0.
1 2
где Ci — некоторые константы.