Поиски частиц темной материи
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
игиляции, которые позволяют им выйти из равновесия в ранней Вселенной с плотностью, характерной для ТМ. Вимпы особенно привлекательны как кандидаты в ТМ ввиду ряда очевидных достоинств. Во-первых, появление вимпов в теоретической физике частиц мотивировано проблемой нарушения электрослабой симметрии. Во-вторых, согласно стандартным космологическим предположениям, их тепловая реликтовая распространенность естественным образом совпадает с той, которая требуется для ТМ. Наконец, требование достаточно эффективной аннигиляции вимпов (для обеспечения соответствующей реликтовой плотности) означает, что взаимодействие вимпов с материей является достаточно сильным для того, чтобы они могли быть обнаружены в прямых экспериментах.
2.3 Сверхслабовзаимодействующие массивные частицы
Сверхслабовзаимодействующие массивные частицы (супервимпы (SuperWIMPs), или свимпы) - новый класс небарионной холодной ТМ
Как и вимпы, свимпы могут быть введены на теоретической основе, включающей в себя суперсимметрию и модели квантовой гравитации с дополнительными размерностями.
Основное отличие свимпов от вимпов заключается в том, что свимпы взаимодействуют с обычной материей сверхслабо, так что не могут быть зарегистрированы ни в каких прямых экспериментах, которые предлагались до сих пор. Единственное наблюдаемое следствие существования свимпов могло бы быть связано с распадами обычных вимпов в свимпы, которые сопровождаются испусканием фотонов и возникновением каскадов. Сигналом о существовании свимпов могло бы стать наличие пика в спектре диффузных -квантов с энергиями ~ 10 кэВ - 10 МэВ [1].
В качестве претендентов на роль свимпов рассматриваются гравитино в суперсимметричных теориях и KK-гравитоны в теориях с дополнительными размерностями, а также аксионы и аксино. Пожалуй, наиболее популярным свимпом является аксион, который много лет назад был введен в физику частиц для решения проблемы СР-инвариантности. Сверхслабое взаимодействие аксионов с материей должно свидетельствовать о том, что аксионы не находились в тепловом равновесии в ранней Вселенной.
2.4 Экзотические барионные кандидаты на роль частиц темной материи
Массивные компактные объекты гало галактики (MACHOs).
К числу наиболее естественных гипотез о природе ТМ можно отнести предположение о существовании некоторого класса астрономических объектов, которые вследствие своих малых размеров и светимости не видны. Такие гипотетические объекты, получившие общее название MACHOs (Massive Compact Halo Objects), могут, в частности, включать в себя черные дыры, рожденные в эпоху Большого взрыва.
Недавние измерения, основанные на использовании эффекта гравитационного микролинзирования, позволили оценить величину суммарного вклада MACHOs в ТМ. По результатам мониторинга была определена суммарная масса MACHOs в гало галактик, которая, как оказалось, составляет менее 15 % от массы гало [1].
2.5 Магнитные монополи
Гипотезу о существовании монополей выдвинул Дирак для объяснения квантования электрического заряда еще в 1931 г. Дирак предположил существование частицы с магнитным зарядом g, который связан с электрическим зарядом е условием квантования , где n = 1,2,… Однако это соотношение не определяет массу магнитного заряда - монополя. Оценка, основанная на предположении о равенстве радиусов классического монополя и электрона, приводит к величине ГэВ [1]. Исходя из этих соображений на протяжении многих лет легкие монополи безуспешно пытались искать в ускорительных экспериментах.
2.6 Зеркальные частицы
Идея "зеркальных частиц" и "зеркального мира" зародилась около 50 лет тому назад и сегодня активно обсуждается в связи с проблемой ТМ. Модель зеркальной материи возникла в результате попыток компенсировать зеркальную асимметрию слабых взаимодействий обычных частиц, несмотря на характер слабого взаимодействия. Для введения зеркальных частиц существует и другая мотивация, связанная с теорией струн. Все обычные частицы, за исключением гравитона, получают зеркальных партнеров. Зеркальные частицы имеют те же массы, что и соответствующие обычные частицы, и взаимодействуют между собой, как обычные частицы, за исключением того, что зеркальное слабое взаимодействие является правым, а не левым. Оба сектора взаимодействуют между собой гравитационно. Кроме того, существуют другие каналы взаимодействия. Возможные негравитационные взаимодействия включают в себя смешивание зеркальных фотонов с обычными фотонами, смешивание массовых состояний зеркальных и обычных нейтрино СМ.
Зеркальные протоны и электроны должны быть стабильными по тем же причинам, что и обычные протоны и электроны. Зеркальная реликтовая материя в виде газовых облаков, звезд, планет, галактик и т.д. может существовать и в современной Вселенной, проявляя себя как ТМ, взаимодействующая с обычной материей посредством стандартной гравитации. Присутствие зеркальной материи во Вселенной (по аналогии с обычной холодной ТМ), возможно, способствовало формированию ее крупномасштабной структуры.
Важное отличие зеркальных барионов от других кандидатов в ТМ состоит в том, что зеркальная материя взаимодействует сама с собой (самодействие). Это свойство использовано для решения проблемы распределения плотности ТМ.
Кроме зеркальных аналогов обычных частиц СМ, возможно, существуют и зеркальные сверхтяжелые Х-частицы ТМ, которые будут распадаться ?/p>