Гравитино

Гравитино

Состав	Элементарная частица
Статистика	фермионный
Семья	Фермионы
Взаимодействия	Гравитация
Статус	Гипотетический
Символ	Г
Античастица	Себя
Электрический заряд	0 и
Вращаться	3/2

В теориях супергравитации , сочетающих общую теорию относительности и суперсимметрию , гравитино (
Г
) является калибровочным фермионным суперсимметричным партнёром предполагаемого гравитона . Ее предлагали в качестве кандидата на роль темной материи .

это фермион спина Если он существует, то ⁠ 3 / 2 ⁠ и, следовательно, подчиняется уравнению Рариты – Швингера . Поле гравитино традиционно записывается как ψ _µα с µ = 0, 1, 2, 3 индексом — четырехвекторным и α = 1, 2 — спинорным индексом.При μ = 0 можно было бы получить отрицательные нормальные моды, как и в случае с любой безмассовой частицей со спином 1 или выше. Эти моды нефизичны, и для непротиворечивости должна существовать калибровочная симметрия : δψ _µα = ∂ _µε , которая уничтожает эти моды _α , где ε _α ( x ) — спинорная функция пространства-времени. Эта калибровочная симметрия представляет собой преобразование локальной суперсимметрии , и в результате получается теория супергравитации .

Таким образом, гравитино — это фермион, опосредующий супергравитационные взаимодействия, точно так же, как фотон опосредует электромагнетизм , а гравитон , предположительно, опосредует гравитацию . Всякий раз, когда суперсимметрия нарушается в теориях супергравитации, она приобретает массу, которая определяется масштабом нарушения суперсимметрии . Это сильно различается между различными моделями нарушения суперсимметрии, но если суперсимметрия должна решить проблему иерархии Стандартной модели , гравитино не может быть более массивным, чем примерно 1 ТэВ /с. ² .

История

Мюррей Гелл-Манн и Питер ван Ньювенхейзен намеревались назвать частицу со спином 3/2, связанную с супергравитацией, «гемитрионом», что означает «половина-3», однако редакторам Physical Review это название не понравилось, и вместо этого они предложили: безмассовая частица Рариты-Швингера» для публикации 1977 года. Нынешнее название гравитино вместо этого было предложено Сидни Коулманом и Хайнцем Пейджелсом . хотя этот термин был первоначально введен в 1954 году Феликсом Пирани для описания класса возбуждений с отрицательной энергией и нулевой массой покоя.

Космологическая проблема Гравитино

Если гравитино действительно имеет массу порядка ТэВ, то это создает проблему в стандартной модели космологии , по крайней мере, наивно.

Один из вариантов – гравитино стабильно. Это было бы так, если бы гравитино — самая легкая суперсимметричная частица и R-четность сохраняется (или почти сохраняется). В этом случае гравитино является кандидатом на роль темной материи ; поскольку такие гравитино были созданы в самой ранней Вселенной. Однако можно вычислить плотность гравитино, и она окажется намного выше наблюдаемой плотности темной материи .

Другой вариант заключается в том, что гравитино нестабильно. Таким образом, упомянутые выше гравитино будут распадаться и не будут способствовать наблюдаемой плотности темной материи . Однако, поскольку они распадаются только за счет гравитационного взаимодействия, их время жизни будет очень большим, порядка M _pl. ² / м ³ в натуральных единицах , где M _pl — планковская масса , m — масса гравитино. Для массы гравитино порядка ТэВ это будет 10 ⁵ э. , значительно позже эры нуклеосинтеза . По крайней мере, один из возможных каналов распада должен включать фотон , заряженный лептон или мезон , каждый из которых будет достаточно энергичен, чтобы разрушить ядро , если оно столкнется с ним. Можно показать, что при распаде будет создано достаточно таких энергичных частиц, чтобы уничтожить почти все ядра, созданные в эпоху нуклеосинтеза , в отличие от наблюдений. Фактически, в таком случае Вселенная состояла бы только из водорода , и звездообразование , вероятно, было бы невозможно.

Одним из возможных решений космологической проблемы гравитино является модель расщепленной суперсимметрии , в которой масса гравитино намного превышает ТэВный масштаб, но в этом масштабе уже появляются другие фермионные суперсимметричные партнеры частиц стандартной модели.

Другое решение состоит в том, что R-четность слегка нарушена и гравитино является самой легкой суперсимметричной частицей. Это приводит к тому, что почти все суперсимметричные частицы в ранней Вселенной распадаются на частицы Стандартной модели в результате взаимодействий, нарушающих R-четность , задолго до синтеза первичных ядер; однако небольшая часть распадается на гравитино, период полураспада которых на порядки превышает возраст Вселенной из-за подавления скорости распада масштабом Планка и небольших связей, нарушающих R-четность .

См. также

• Двойная гравитация
• Гравитация
• Гравитация
• Суперсимметрия