Нейтралино

Нейтралино
Статус	Гипотетический
Символ	; НР 0 ; 1 , ; НР 0 ; 2 , ; НР 0 ; 3 , ; НР 0 ; 4
Античастица	сам ( истинно нейтральная частица )
Типы	4
Масса	> 300 ГэВ
Электрический заряд	0
Вращаться	⁠ 1 / 2 ⁠
Лептонное число	0
Барионное число	0
R-паритет	−1

В суперсимметрии нейтралино ^[1]^: 71–74 является гипотетической частицей. В минимальной суперсимметричной стандартной модели (MSSM), популярной модели реализации суперсимметрии при низкой энергии, есть четыре нейтралино, которые являются фермионами и электрически нейтральны, самый легкий из которых стабилен в R-четности сценарии MSSM с сохранением . Обычно они маркируются $НР 01$ (самый легкий), $НР 02$ , $НР 03$ и $НР 04$ (самый тяжелый), хотя иногда ${\tilde {\chi }}_{1}^{0},\ldots ,{\tilde {\chi }}_{4}^{0}$ также используется, когда ${\tilde {\chi }}_{i}^{\pm }$ используется для обозначения чаргинос .

(В этой статье

С͂ \pm 1

используется для чарджино №1 и т. д.)

Эти четыре состояния представляют собой смесь бино и нейтрального вино (которые представляют собой нейтральные электрослабые гавино ) и нейтральных хиггсино . Поскольку нейтралино являются майорановскими фермионами , каждый из них идентичен своей античастице .

Ожидаемое поведение

Если они существуют, эти частицы будут взаимодействовать только со слабыми векторными бозонами , поэтому они не будут производиться непосредственно на адронных коллайдерах в больших количествах. В первую очередь они появляются как частицы в каскадных распадах (распадах, которые происходят в несколько этапов) более тяжелых частиц, обычно происходящих из цветных суперсимметричных частиц, таких как скварки или глюино .

В моделях, сохраняющих R-четность , легчайшее нейтралино стабильно, и все суперсимметричные каскадные распады в конечном итоге распадаются на эту частицу, которая оставляет детектор невидимым, и о ее существовании можно сделать вывод только путем поиска несбалансированного импульса в детекторе.

Более тяжелые нейтралино обычно распадаются через нейтральный Z-бозон на более легкое нейтралино или через заряженный W-бозон на легкое чаргино: ^[2]

НР 02

\to

НР 01

+

С 0

\to

Недостающая энергия

+

ℓ +

+

ℓ -

НР 02

\to

С͂ \pm 1

+

В \mp

\to

НР 01

+

В \pm

+

В \mp

\to

Недостающая энергия

+

ℓ +

+

ν ℓ

+

ℓ -

+

ν ℓ

Расщепление масс между различными нейтралино будет определять, какие модели распадов допустимы.

До настоящего времени нейтралино ни разу не наблюдались и не обнаруживались в экспериментах.

Истоки суперсимметричных теорий

В моделях суперсимметрии все частицы Стандартной модели имеют частицы-партнеры с одинаковыми квантовыми числами , за исключением квантового числа спина , которое отличается на 1 ⁄ 2 от частицы-партнера. Поскольку суперпартнеры Z-бозона ( зино ), фотона ( фотино ) и нейтрального бозона Хиггса ( хиггсино ) имеют одинаковые квантовые числа, они могут смешиваться с образованием четырех собственных состояний массового оператора, называемых «нейтралино». Во многих моделях самая легкая из четырех нейтралино оказывается самой легкой суперсимметричной частицей (LSP), хотя эту роль могут взять на себя и другие частицы.

Феноменология

Точные свойства каждого нейтралино будут зависеть от деталей смешивания. ^[1]^: 71–74 (например, являются ли они более хиггсино-подобными или гавино-подобными), но они имеют тенденцию иметь массы на слабом уровне (100 ГэВ ~ 1 ТэВ) и связываться с другими частицами с сильными сторонами, характерными для слабого взаимодействия . Таким образом, за исключением массы, они феноменологически подобны нейтрино и поэтому не наблюдаются напрямую в детекторах частиц на ускорителях.

В моделях, в которых R-четность сохраняется и самым легким из четырех нейтралино является LSP, самое легкое нейтралино стабильно и в конечном итоге образуется в цепочке распада всех других суперпартнеров. ^[1]^: 83 В таких случаях суперсимметричные процессы на ускорителях характеризуются ожиданием большого расхождения в энергии и импульсе между видимыми частицами в начальном и конечном состоянии, причем эта энергия уносится нейтралино, которое покидает детектор незамеченным. ^[4]^[6]Это важный признак, позволяющий отличить суперсимметрию от фона Стандартной модели.

Связь с темной материей

Вселенной Будучи тяжелой и стабильной частицей, легчайшее нейтралино является отличным кандидатом на роль холодной темной материи . ^[1]^: 99^[5]^: 8^[7] Во многих моделях ^{[ который? ]} легчайшее нейтралино может быть произведено термически в горячей ранней Вселенной и оставить примерно то количество реликтов, которое соответствует наблюдаемой темной материи . Легчайшее нейтралино с энергией примерно 10–10 000 ГэВ является ведущим кандидатом на роль слабовзаимодействующей массивной частицы (WIMP) в темную материю. ^[1]^: 124

Нейтралино-темную материю можно было наблюдать экспериментально в природе как косвенно, так и напрямую. Для косвенного наблюдения телескопы гамма-излучения и нейтрино ищут доказательства аннигиляции нейтралино в областях с высокой плотностью темной материи, таких как галактический или солнечный центр. ^[4] Для прямого наблюдения эксперименты специального назначения, такие как криогенный поиск темной материи (CDMS), направлены на обнаружение редких воздействий вимпов в наземных детекторах. Эти эксперименты начали исследовать интересное суперсимметричное пространство параметров, исключая некоторые модели темной материи нейтралино, а модернизированные эксперименты с большей чувствительностью находятся в стадии разработки.

См. также

Список гипотетических частиц
Легчайшая суперсимметричная частица - Самая легкая новая частица в суперсимметричной модели.
Истинно нейтральная частица - частица, которая является своей собственной античастицей, поскольку все ее обобщенные заряды равны нулю.
Слабо взаимодействующая тонкая частица

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Мартин, Стивен П. (2008). «Букварь суперсимметрии». arXiv : hep-ph/9709356v5 . Также опубликовано в Kane (2010). ^[3]
^ Накамура, К.; и др. ( Группа данных о частицах ) (2010). «Суперсимметрия. Часть II (Эксперимент)» (PDF) . Журнал физики Г. 37 (7). Обновлено в августе 2009 г. Ж.-Ф. Гриваз: 1309–1319.
^ Мартин, Стивен П. (2010). «Глава 1: Учебник по суперсимметрии». В Кейне, Гордон Л. (ред.). Перспективы суперсимметрии . Том. II. Всемирная научная . ISBN 978-981-4307-48-2 .
^ Jump up to: ^а ^б Фэн, Джонатан Л. (2010). «Кандидаты на темную материю из физики элементарных частиц и методов обнаружения». Ежегодный обзор астрономии и астрофизики . 48 : 495–545. arXiv : 1003.0904 . Бибкод : 2010ARA&A..48..495F . doi : 10.1146/annurev-astro-082708-101659 . S2CID 11972078 .
^ Jump up to: ^а ^б Бертоне, Джанфранко, изд. (2010). Частица темной материи: наблюдения, модели и поиски . Издательство Кембриджского университета . ISBN 978-0-521-76368-4 .
^ Эллис, Джон ; Олив, Кейт А. (2010). Суперсимметричные кандидаты в темную материю . arXiv : 1001.3651 . Бибкод : 2010pdmo.book..142E . Также опубликовано как глава 8 в Bertone (2010). ^[5]
^ Накамура, К.; и др. ( Группа данных о частицах ) (2010). «Темная материя» (PDF) . Журнал физики Г. 37 (7А). Пересмотрено в сентябре 2009 г. М. Дресом и Г. Гербье: 255–260.

[Martin2010-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Мартин, Стивен П. (2008). «Букварь суперсимметрии». arXiv : hep-ph/9709356v5 . Также опубликовано в Kane (2010). ^[3]

[2] Накамура, К.; и др. ( Группа данных о частицах ) (2010). «Суперсимметрия. Часть II (Эксперимент)» (PDF) . Журнал физики Г. 37 (7). Обновлено в августе 2009 г. Ж.-Ф. Гриваз: 1309–1319.

[3] Мартин, Стивен П. (2010). «Глава 1: Учебник по суперсимметрии». В Кейне, Гордон Л. (ред.). Перспективы суперсимметрии . Том. II. Всемирная научная . ISBN 978-981-4307-48-2 .

[Feng-4] Jump up to: ^а ^б Фэн, Джонатан Л. (2010). «Кандидаты на темную материю из физики элементарных частиц и методов обнаружения». Ежегодный обзор астрономии и астрофизики . 48 : 495–545. arXiv : 1003.0904 . Бибкод : 2010ARA&A..48..495F . doi : 10.1146/annurev-astro-082708-101659 . S2CID 11972078 .

[Bertone2010-5] Jump up to: ^а ^б Бертоне, Джанфранко, изд. (2010). Частица темной материи: наблюдения, модели и поиски . Издательство Кембриджского университета . ISBN 978-0-521-76368-4 .

[6] Эллис, Джон ; Олив, Кейт А. (2010). Суперсимметричные кандидаты в темную материю . arXiv : 1001.3651 . Бибкод : 2010pdmo.book..142E . Также опубликовано как глава 8 в Bertone (2010). ^[5]

[7] Накамура, К.; и др. ( Группа данных о частицах ) (2010). «Темная материя» (PDF) . Журнал физики Г. 37 (7А). Пересмотрено в сентябре 2009 г. М. Дресом и Г. Гербье: 255–260.

[1]

[2]

[4]

[6]

[5]

[7]

[3]