Почему мы должны ожидать темную материю со слабыми масштабными массами?

«Чудо» вимпов часто используется для мотивации вимпов: вимпы со слабомасштабной массой естественным образом вымерзают из теплового равновесия после Большого взрыва с правильным количеством реликтов. Я понимаю «слабо взаимодействующую» часть «чуда» — Стандартная Модель включает слабое сечение взаимодействия — но я не понимаю, почему «масса слабого масштаба» является таким совпадением. Это было бы только совпадением, если бы у нас была общая независимая причина ожидать появления частиц в слабом масштабе. Мы? 100 ГэВ, похоже, не свойственны слабо взаимодействующим частицам (в конце концов, нейтрино слабо взаимодействуют, и они довольно далеки от 100 ГэВ).

РЕДАКТИРОВАТЬ : добавление двух источников, которые, кажется, конфликтуют друг с другом, чтобы помочь объяснить источник моего замешательства.

На странице 9 ссылки. 1, Фэн говорит нам, что тепловая реликтовая плотность пропорциональна м 2 / г 4 , где m — масса вимпа, а G — самосцепление. Таким образом, чудо WIMP работает только для частиц ~100 ГэВ со слабой связью.

Но на стр. 221 исх. 2 Юнгмана и др. Нам говорят, что тепловая реликтовая плотность не зависит от массы вимпов.

Обе эти статьи написаны экспертами в данной области и являются довольно авторитетными. Итак, мой вопрос: кто прав? Или оба правы и что я не понимаю?

Использованная литература:

  1. JL Feng, Кандидаты, не являющиеся WIMP , arXiv:1002.3828 .
  2. Г. Юнгман, М. Камионковски, К. Грист, Суперсимметричная темная материя , Phys. Отчет 267 (1996) 195–373 , PDF .
Чтобы действовать как темная материя, необходима достаточно большая масса. Нейтрино стандартной модели слишком легкие, чтобы соответствовать наблюдениям.
@anna v, я понимаю, что темная материя не может быть горячей, но, по-видимому, это отдельная точка данных, не связанная с мотивацией конкретно темной материи со слабой массой ...
Она должна иметь достаточно большую массу, чтобы ее могли захватить гравитационные колодцы, которыми являются галактики. Нейтрино путешествуют по Вселенной почти со скоростью света, и гравитационное притяжение слишком слабо, чтобы привязать их к орбите вокруг галактики . пдф
@annav, Да, я знаю, как я уже сказал, я понимаю, что темная материя не может быть горячей. Я знаком с экспериментальной стороной вещей. Я спрашиваю о чуде WIMP, якобы чисто теоретическом совпадении.
Чтобы увидеть «ширину» слабой шкалы, см. en.wikipedia.org/wiki/Electroweak_scale.
Обратите внимание, что аксионы — это холодная темная материя, а не слабаки. Это не единственная игра в городе.

Ответы (1)

Было высказано предположение, что темная материя объясняет расхождения в наблюдениях.

Астрофизики выдвинули гипотезу о существовании темной материи, чтобы объяснить расхождения между массой крупных астрономических объектов, определенной по их гравитационным эффектам, и их массой, рассчитанной по наблюдаемой материи (звезды, газ и пыль), которую они могут содержать. Их гравитационные эффекты предполагают, что их массы намного больше, чем предполагает обзор наблюдаемой материи.

Чтобы объяснить несоответствие с известными частицами, потребовалось бы, чтобы они были захвачены вокруг гравитационных колодцев галактик, чтобы они были нейтральными по заряду и имели слабые взаимодействия, поскольку в противном случае они были бы обнаружены по испускаемому или поглощаемому свету.

В стандартной модели физики элементарных частиц нет стабильных слабо взаимодействующих массивных частиц, за исключением нейтрино, которые имеют очень маленькую массу. Чтобы согласовать все астрофизические наблюдения за существованием темной материи, постулируются массы порядка слабого масштаба или больше . Важен гравитационный захват, для которого нужны большие массы.

Почему слабая шкала в качестве нижнего предела? потому что, если бы существовали стабильные слабо взаимодействующие частицы с массой порядка ГэВ или десятков ГэВ, у нас была бы другая стандартная модель, они были бы обнаружены в экспериментах по физике элементарных частиц прошлого века.

В расширениях стандартной модели с суперсимметрией и в теориях струн ожидается изобилие тяжелых слабо взаимодействующих частиц, и они могут решить проблему темной материи, хотя существуют и другие альтернативные предложения.

Так что это не чудо, что для WIMPS необходимы массы более 100 ГэВ. W-бозоны и Z-бозоны имеют такой же порядок величины и были обнаружены, но они распадаются. Аргументы и сечения теплового равновесия будут сглажены, если ТэВ-вимп будет обнаружен экспериментально. Именно отсутствие наблюдения вимпов в экспериментах устанавливает нижний предел.

Я очень хорошо знаком со всеми экспериментальными доказательствами темной материи. Я спрашиваю конкретно о «чуде вимпов» — предполагаемом теоретическом совпадении того, что материя частиц слабого масштаба дает правильное количество тепловых реликтов после замерзания.
Я отредактировал.
Правильный ответ может дать «слабая масштабная частица». Более высокий масштаб также может. в настоящее время это нижний предел экспериментов по физике элементарных частиц. Может БАК нас удивит
Вы все еще не даете прямого ответа на мой вопрос, но я делаю вывод из вашего ответа, что, по вашему мнению, чудо вимпов вовсе не "чудо", так как теоретически масса вимпов может быть какой угодно (опять же, я понимаю экспериментальные ограничения).
Ничего, есть нижний экспериментальный предел, а верхний предел от возможностей моделей. Я уверен, что если будет обнаружен хороший кандидат, его все равно назовут чудом :) даже если он на 1 ТэВ
В некоторых расчетах плотности тепловых реликтов DM они сообщают, что «чудесное» требуемое сечение слабого взаимодействия не зависит от массы вимпа, в то время как другие дают его как m ^ 2 / g ^ 4 (квадрат массы вимпа относительно связи с четвертой), в этом случае это обязательно сечение слабого взаимодействия только для слабомасштабных (100 ГэВ - 1 ТэВ) масс. Я не понимаю, какое из этих двух утверждений верно.
Эти оценки должны зависеть от модели, поэтому нет правильных или неправильных (если только они не допустили ошибку в расчетах в рамках модели). Пока не будет найден успешный кандидат в вимпы или одна из моделей не будет отвергнута из других экспериментальных задач, решение не может быть принято.
предполагаемый смысл чуда вимпов заключается в том, что оно в значительной степени не зависит от модели, кроме стандартной космологии. Например, см. стр. 221 здесь для утверждения, что поперечное сечение не зависит от массы вимпа, и стр. 198 раздела Фенга в книге «Частица темной материи» для комментария, что оно зависит как от массы вимпа, так и от связи.
Я добавил редактирование к своему исходному вопросу со ссылками, чтобы помочь объяснить путаницу. Обе модели, используемые в ссылках, одинаковы.
В первой статье я вижу зависимость m_x**2, во второй статье зависимость m_x, . Я действительно не могу пройтись по аргументам, чтобы примирить их или найти несоответствие. Если это важно для вас, вы должны найти теоретика, работающего над этой темой, знакомого с работами.
К вашему сведению, «чудо WIMP» — очень известный аргумент, не зависящий от модели, который использовался в течение последних нескольких десятилетий для мотивации поиска WIMP. Это довольно общий аргумент, то есть это не случайные статьи с независимыми исследованиями, которые я вам бросаю. Но да, я надеюсь, что теоретик может прокомментировать.
Это вопрос к Анне - меня сейчас полностью смущает утверждение "Стандартная модель физики элементарных частиц не имеет стабильных слабо взаимодействующих массивных частиц, за исключением нейтрино, которые имеют очень маленькую массу. Согласовать все астрофизические наблюдения для постулируются существование темной материи, массы порядка слабого масштаба или больше. Важно гравитационное улавливание, для которого нужны большие массы». - Аксионы имеют крошечную массу, но считаются одним из компонентов холодной темной материи. (Не так ли?)
Аксионы @Rick не являются частью стандартной модели, см. таблицу en.wikipedia.org/wiki/Standard_Model . вот обзор arxiv.org/abs/1709.07091 . на самом деле они являются одним из возможных решений за пределами текущей стандартной модели.
Почему мы должны ожидать темную материю со слабыми масштабными массами?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v