中性微子與 WIMP 暗物質候選者
/ noo-TRAL-ee-noh; WIMP /
有某種看不見的東西,其總量比宇宙中所有恆星和氣體加起來還多出大約五倍,而我們對它由什麼構成毫無頭緒。幾十年來最流行的猜測,是一種沉重的粒子:它無視光,也幾乎無視普通物質,像幽靈般在星系中飄盪,而它的重力卻仍把恆星驅趕成群。這樣一種粒子,質量大致在原子核的量級、卻只透過弱交互作用打交道,就被稱為 WIMP——弱交互作用大質量粒子。
中性微子(neutralino)是被研究得最多、能扮演這一角色的具體候選者。在超對稱中,幾個電中性的超夥伴——光微子、Z 微子和兩個希格斯微子——會混合在一起,混出的最輕的那一份就是中性微子。如果最輕的超夥伴是穩定的(在一種叫 R 宇稱的對稱性下就會如此),它便無法衰變成任何更輕的東西,於是在熾熱的早期宇宙中造出來的中性微子至今仍會存在。值得注意的是,一個具有弱交互作用尺度作用強度的 WIMP,會自然地從早期宇宙中「凍結」出來,豐度恰好差不多正是暗物質所需的量——這個巧合被戲稱為「WIMP 奇蹟」。
人們同時用三種方式搜尋 WIMP:在對撞機裡直接造出來(表現為丟失能量),在深埋地下的探測器裡捕捉它撞擊原子核後的反衝,以及透過兩個 WIMP 在太空中湮滅時放出的粒子來間接發現它。誠實的現狀是:在最自然的 WIMP 質量範圍內,這三類搜尋都一無所獲,而限制如今已極其嚴苛。這並沒有判 WIMP 設想死刑,但已把注意力轉向軸子、更輕的隱藏部門粒子等替代方案。
一噸液態氙,屏蔽在地下一英里深處,靜候一個路過的 WIMP 撞一下某個氙核、激出一絲微弱的閃光;這類實驗已運行多年,未見任何令人信服的 WIMP 信號,穩步地擠壓著允許的參數空間。
直接探測:在地下等待一次罕見的 WIMP 與原子核的碰撞。
WIMP 與中性微子並非同義詞:WIMP 命名的是一類一般的候選者,而中性微子是從超對稱裡冒出來的一種具體的 WIMP。可以有不是中性微子的 WIMP。