El "milagro" de WIMP se usa a menudo para motivar a los WIMP: que un WIMP con una masa de escala débil se congela naturalmente fuera del equilibrio térmico después del big bang con la abundancia de reliquias correcta. Entiendo la parte del "milagro" de "interacción débil": el SM incluye una sección transversal de interacción débil, pero no entiendo por qué la "masa de escala débil" es una coincidencia. Sería solo una coincidencia si tuviéramos una razón genérica independiente para esperar partículas en la escala débil. ¿Hacemos? 100 GeV no parece ser intrínseco a las partículas que interactúan débilmente (después de todo, los neutrinos interactúan débilmente y están bastante lejos de 100 GeV).
EDITAR : agregar dos fuentes que parecen estar en conflicto entre sí para ayudar a explicar la fuente de mi confusión.
En la página 9 de la Ref. 1, Feng nos dice que la densidad de reliquias térmicas es proporcional a , donde m es la masa WIMP y G es el autoacoplamiento. Entonces, el milagro WIMP solo funciona para partículas de ~100 GeV con acoplamiento débil.
Pero en la página 221 de la Ref. 2, de Jungman et al, se nos dice que la densidad de reliquias térmicas es independiente de la masa de WIMP.
Ambos documentos son de expertos en el campo y son bastante fidedignos. Entonces mi pregunta es ¿quién tiene razón? ¿O ambos tienen razón y qué estoy malinterpretando?
Referencias:
Se ha postulado la materia oscura para explicar las discrepancias en las observaciones.
Los astrofísicos plantearon la hipótesis de la existencia de materia oscura para explicar las discrepancias entre la masa de los grandes objetos astronómicos determinada a partir de sus efectos gravitacionales y su masa calculada a partir de la materia observable (estrellas, gas y polvo) que se puede ver que contienen. Sus efectos gravitatorios sugieren que sus masas son mucho mayores de lo que sugiere el estudio de materia observable.
Para explicar la discrepancia con las partículas conocidas, sería necesario tenerlas atrapadas alrededor de los pozos gravitatorios de las galaxias para que tuvieran una carga neutra y tuvieran interacciones débiles, ya que de lo contrario habrían sido detectadas por la luz emitida o absorbida.
El modelo estándar de física de partículas no tiene partículas masivas de interacción débil que sean estables, excepto los neutrinos que tienen una masa muy pequeña. Para reconciliar todas las observaciones astrofísicas sobre la existencia de materia oscura, se postulan masas del orden de la escala débil o mayores . Lo importante es el atrapamiento gravitatorio, que necesita grandes masas.
¿Por qué la escala débil como límite inferior? porque si existieran partículas estables que interactúan débilmente con una masa del orden de GeV o decenas de GeV, habríamos tenido un modelo estándar diferente, se habrían detectado en los experimentos de física de partículas del siglo pasado.
En extensiones del modelo estándar con supersimetría, y en teorías de cuerdas, se esperan partículas pesadas que interactúan débilmente en abundancia y podrían resolver el problema de la materia oscura, aunque también existen otras propuestas alternativas .
Por lo tanto, no es un milagro que se necesiten masas mayores de 100 GeV para WIMPS. Los bosones W y Z son de ese orden de magnitud y fueron detectados, pero se descomponen. Los argumentos de equilibrio térmico y las secciones transversales se resolverán si se encuentra experimentalmente un TeV WIMP. Es la no observación de WIMPs en los experimentos lo que establece el límite inferior.
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