熱退耦與遺跡豐度（thermal freeze-out and relic abundance）

想像一個擠滿人的舞池，舞伴們不停地配對又分開。現在設想房間裡的人慢慢離場。到某一刻，舞池變得如此稀疏，兩個人幾乎再也撞不到彼此，於是剩下的人就保持原狀——孤身舞者的數目凍結了下來。早期宇宙對粒子做的事與此類似。在熾熱稠密的最初時刻，粒子和它們的反粒子不斷地被均衡地創生與湮滅，但隨著宇宙膨脹、變得稀薄，到了某一刻，它們再也找不到彼此來湮滅了。它們的數目凍結下來，留下一個固定的殘餘群體——一件遺跡。

更確切地說，在熾熱的早期宇宙裡，某一種粒子可以由其他粒子的碰撞創生，也可以透過與自己的反粒子湮滅而消亡，這兩個過程保持平衡，叫做熱平衡。隨著宇宙膨脹變冷，發生了兩件事：它冷得無法再繼續創生這種粒子，又稀得讓倖存者找不到湮滅的對象。在那個交叉點上，反應實際上關閉了——粒子「退耦凍結」了——而那一瞬間剩下多少，至今就還有多少。這個倖存下來的量，就叫遺跡豐度。

這個想法，是最誘人的一則暗物質故事的跳動心臟。如果暗物質是一種大致透過弱交互作用發生作用的重粒子——一個 WIMP——那麼退耦凍結的計算預言出的殘餘量，與我們實際觀測到的暗物質驚人地接近，這個巧合被暱稱為「WIMP 奇蹟」。同樣的邏輯用在微中子上，預言出一片充滿全部空間的遺跡微中子之海，比宇宙微波背景還要更冷、更暗。所以退耦凍結是一座精確的橋樑：它把一個粒子交互作用有多強這一微觀物理，變成了它在大霹靂之後該剩下多少這一宇宙尺度的預言。