热退耦与遗迹丰度（thermal freeze-out and relic abundance）

想象一个挤满人的舞池，舞伴们不停地配对又分开。现在设想房间里的人慢慢离场。到某一刻，舞池变得如此稀疏，两个人几乎再也撞不到彼此，于是剩下的人就保持原状——孤身舞者的数目冻结了下来。早期宇宙对粒子做的事与此类似。在炽热稠密的最初时刻，粒子和它们的反粒子不断地被均衡地创生与湮灭，但随着宇宙膨胀、变得稀薄，到了某一刻，它们再也找不到彼此来湮灭了。它们的数目冻结下来，留下一个固定的残余群体——一件遗迹。

更确切地说，在炽热的早期宇宙里，某一种粒子可以由其他粒子的碰撞创生，也可以通过与自己的反粒子湮灭而消亡，这两个过程保持平衡，叫做热平衡。随着宇宙膨胀变冷，发生了两件事：它冷得无法再继续创生这种粒子，又稀得让幸存者找不到湮灭的对象。在那个交叉点上，反应实际上关闭了——粒子"退耦冻结"了——而那一瞬间剩下多少，至今就还有多少。这个幸存下来的量，就叫遗迹丰度。

这个想法，是最诱人的一则暗物质故事的跳动心脏。如果暗物质是一种大致通过弱相互作用发生作用的重粒子——一个 WIMP——那么退耦冻结的计算预言出的残余量，与我们实际观测到的暗物质惊人地接近，这个巧合被昵称为"WIMP 奇迹"。同样的逻辑用在中微子上，预言出一片充满全部空间的遗迹中微子之海，比宇宙微波背景还要更冷、更暗。所以退耦冻结是一座精确的桥梁：它把一个粒子相互作用有多强这一微观物理，变成了它在大爆炸之后该剩下多少这一宇宙尺度的预言。