超越标准模型

中性微子与 WIMP 暗物质候选者

/ noo-TRAL-ee-noh; WIMP /

有某种看不见的东西,其总量比宇宙中所有恒星和气体加起来还多出大约五倍,而我们对它由什么构成毫无头绪。几十年来最流行的猜测,是一种沉重的粒子:它无视光,也几乎无视普通物质,像幽灵般在星系中飘荡,而它的引力却仍把恒星驱赶成群。这样一种粒子,质量大致在原子核的量级、却只通过弱相互作用打交道,就被称为 WIMP——弱相互作用大质量粒子。

中性微子(neutralino)是被研究得最多、能扮演这一角色的具体候选者。在超对称中,几个电中性的超伙伴——光微子、Z 微子和两个希格斯微子——会混合在一起,混出的最轻的那一份就是中性微子。如果最轻的超伙伴是稳定的(在一种叫 R 宇称的对称性下就会如此),它便无法衰变成任何更轻的东西,于是在炽热的早期宇宙中造出来的中性微子至今仍会存在。值得注意的是,一个具有弱相互作用尺度作用强度的 WIMP,会自然地从早期宇宙中“冻结”出来,丰度恰好差不多正是暗物质所需的量——这个巧合被戏称为“WIMP 奇迹”。

人们同时用三种方式搜寻 WIMP:在对撞机里直接造出来(表现为丢失能量),在深埋地下的探测器里捕捉它撞击原子核后的反冲,以及通过两个 WIMP 在太空中湮灭时放出的粒子来间接发现它。诚实的现状是:在最自然的 WIMP 质量范围内,这三类搜寻都一无所获,而限制如今已极其严苛。这并没有判 WIMP 设想死刑,但已把注意力转向轴子、更轻的隐藏部门粒子等替代方案。

一吨液态氙,屏蔽在地下一英里深处,静候一个路过的 WIMP 撞一下某个氙核、激出一丝微弱的闪光;这类实验已运行多年,未见任何令人信服的 WIMP 信号,稳步地挤压着允许的参数空间。

直接探测:在地下等待一次罕见的 WIMP 与原子核的碰撞。

WIMP 与中性微子并非同义词:WIMP 命名的是一类一般的候选者,而中性微子是从超对称里冒出来的一种具体的 WIMP。可以有不是中性微子的 WIMP。

又称
WIMPweakly interacting massive particleneutralino弱相互作用大质量粒子弱交互作用大質量粒子