Могут ли ультрахолодные нейтрино заменить холодную темную материю? [дубликат]

Никто не видел холодную темную материю. Являются ли ультрахолодные (нерелятивистские) нейтрино ниже 1 фК (фемтокельвин) вариантом для темной материи?

Речь идет об обычных нейтрино - электронных нейтрино, мюонных нейтрино и тау-нейтрино, а не о каких-то дополнительных, придуманных типах нейтрино.

Это вопрос о нейтрино, не входящих в состав космического нейтринного фона, которые имеют температуру 1,95К.

Вопрос касается космологической темной материи, а не галактической темной материи.

Их плотность может быть достаточно большой, чтобы создать наблюдаемую космологическую плотность темной материи.

Из-за их низкой температуры и низкой кинетической энергии их невозможно обнаружить.

Они будут непрерывно излучаться космологическим горизонтом точно так же, как излучение черной дыры непрерывно излучается черной дырой. С другой стороны, они возникали бы автоматически по всей вселенной всякий раз, когда пространство увеличивается в размерах.

Почему это невозможно? Или почему это возможно?

--

Учитывая, что приведенные ниже ответы подразумевают, что ультрахолодные нейтрино не могут быть достаточно плотными из-за их фермионного характера, может ли конденсация фермионов (через куперовские пары, как в сверхпроводниках) решить проблему?

Возможные дубликаты: physics.stackexchange.com/q/17227/2451 , physics.stackexchange.com/q/158319/2451 и ссылки в них.

Ответы (2)

Это невозможно, потому что нейтрино — фермионы. Если нейтрино очень легкие, вам нужно их много, а из-за принципа запрета Паули вы не сможете собрать достаточное количество нейтрино в галактике. Это причина ограничения Тремейна-Ганна , которое исключает фермионную темную материю легче, чем 1 эВ .

Однако существует множество моделей темной материи, включающих сверхлегкие бозоны, такие как аксионы, дилатоны, скрытые фотоны и так далее. Вполне возможно, что темная материя состоит из ультрахолодных и сверхлегких частиц.

Хорошо, но как насчет космологической темной материи? Я отредактирую вопрос, чтобы сделать это более ясным.
@Christian Вы имеете в виду, могут ли холодные нейтрино быть небольшим компонентом темной материи? Конечно, я думаю, что это возможно, но вы могли бы придумать способ их производства, а также причину, которая была бы интересной! (Обратите внимание, что производство из-за космологических горизонтов действительно происходит, но согласно правилам по умолчанию, только смехотворно медленно в нынешнюю эпоху, на много порядков слишком медленно, чтобы когда-либо иметь какой-либо заметный эффект.)
Я понимаю, что ваш комментарий означает, что излучение черной дыры от горизонта незначительно. Это верно? Итак, у меня есть второй вопрос. Может быть, расширение самого пространства создает ультрахолодные нейтрино? Это почти сумасшедшая идея, спровоцированная другом друга.
@Christian Это именно то, что я имел в виду: расширение пространства (то есть, которое ведет к космологическим горизонтам) действительно создает нейтрино, наряду со всеми другими типами частиц, но очень медленно в нынешнюю эпоху. Если вы хотите научиться показывать это количественно, прочтите книгу по КТП в искривленном пространстве-времени, например, Уолда или Биррелла/Дэвиса.
@Christian, что вы имеете в виду под «Вопрос о космологической темной материи, а не о галактической темной материи». Обычно предполагается, что это одно и то же (и мне трудно понять, как они не могут быть одним и тем же? так как плотности совпадают)
Возможно, глупый вопрос, так как я мало знаю о нейтрино. Но разве бозонизация нейтрино невозможна?
@knzhou Есть несколько безумных идей о том, что расширение может создать огромное количество очень холодных нейтрино, намного ниже fK. Если я правильно понимаю, космологический горизонт не может создавать протоны, так как горизонт слишком холодный. Но он может создавать нейтрино, особенно если они очень холодные. Другая сумасшедшая идея, которую я слышал, кажется очень надуманной: пространство внутри горизонта автоматически заполняется нейтрино.
@SuperfastJellyfish Бозонизация имеет смысл только в нерелятивистской физике.
@knzhou Вопрос был о нерелятивистских, с чрезвычайно низкой кинетической энергией, намного меньшей, чем масса нейтрино. Если под «бозонизацией» подразумевается конденсация фермионов через пары бондарей, то вопрос от Superfast Jellyfish на самом деле очень интересен!
@knzhou Что такое «скрытый фотон»?
Всего 1 эВ? Я думал, что ограничение было еще сильнее.

Нет.

Нейтрино — это темная материя: они массивны, но не взаимодействуют со светом. Однако они являются очень субдоминантным компонентом. Как уже правильно указал @knzhou, граница Тремейна-Ганна исключает, что большая часть темной материи будет фермионами с массами ниже примерно 1 эВ (например, нейтрино). Более того, наблюдения космического микроволнового фона можно использовать для измерения плотности нейтрино, когда Вселенной было 300 000 лет. Оказалось, что плотность нейтрино меньше 0,1%. См., например , это немного устаревшее, но легко читаемое обсуждение, ведущее к их уравнению 13.

В контексте того, что вы обсуждаете, вы можете взглянуть, например, на статью в Википедии о космическом нейтринном фоне . Кажется, это то, что вы имеете в виду. По сути, это эквивалент космического микроволнового фона, но вместо фотонов, испускаемых, когда Вселенная остыла настолько, что они могли свободно течь, это нейтрино, испускаемые, когда Вселенная настолько остыла, что они могли свободно течь.

Обычно считается, что фон космических нейтрино имеет температуру около 1,95 К. Мой вопрос заключался в том, может ли быть гораздо больше нейтрино с гораздо более низкой температурой, скажем, ниже 1 фК, которые формируют космологическую плотность темной материи, полученную спутником «Планк». Это безумный вопрос, я знаю, и я просто задал его, чтобы понять ситуацию. Я думал, что космологическая темная материя не обязана подчиняться системе Тремейна-Ганна, связанной с галактическими величинами, но, похоже, я ошибся.
Что ж, верно, граница Тремейна-Ганна применима только к темной материи, когда она такая же плотная, как в (карликовых) галактиках. Так что ничто не мешает вам постулировать некую низкую плотность сверххолодных нейтрино в галактиках или где-либо еще. Но поскольку эта плотность должна быть небольшой, большая часть темной материи состоит не из нее. Так что тогда мы не будем думать об этом с точки зрения темной материи. Конечно, в науке можно вообразить многое, если найти способ обойти экспериментальные ограничения...
Я хотел бы также спросить здесь: позволит ли фермионный конденсат превысить границу Тремейна-Ганна? Другими словами, допускают ли пары нейтрино-Купера более высокие плотности?
Конечно, граница Тремейна-Ганна неприменима к бозонам.
@ Кристиан, какую силу дальнего взаимодействия между нейтрино для образования куперовских пар вы представляете? В любом случае это не сработает, так как пары могут образовываться только прямо на вершине «моря Ферми».