Neutralino

In der Elementarteilchenphysik sind Neutralinos hypothetische Elementarteilchen, die in supersymmetrischen Theorien auftreten. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass jedem (Quanten-)Feld ein Partnerfeld zugeordnet wird, das sich im Spin vom Original um den Betrag 1/2 unterscheidet. Da die Ausgangsfelder hier Bosonen sind (ganzzahliger Spin), müssen die Neutralinos selbst somit Fermionen sein (halbzahliger Spin). Insbesondere sind Neutralinos Majorana-Fermionen, d. h. sie haben keine elektrische Ladung und unterscheiden sich daher nicht von ihren Antiteilchen.

Vier Neutralinos im MSSM

Neutralinos sind Überlagerungszustände (Mischungen, Linearkombinationen) aus Superpartnern sowohl elektrisch als auch farbneutraler Eich-^[1] und Higgsfelder. Bei ersteren handelt es sich um die Gauginos $ {\tilde {W}}^{0} $ (Wino, Partner des W⁰) und Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde B^0 (Bino, Partner des B⁰), bei letzteren um die Higgsinos Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde H^0_a und Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde H^0_b (Partner der hypothetischen Higgs-Bosonen Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): H^0_a und Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): H^0_b ).

Eine direkte Identifikation eines Neutralinos mit einem Partnerfeld eines Eich- oder Higgsfelds ist im Allgemeinen nicht möglich, da diese meist keine definierte Masse haben. Üblicherweise werden die in einem Modell vorhandenen Neutralinos aufsteigend nach ihrer Masse benannt. Im minimalen supersymmetrischen Standardmodell (MSSM) sind dies Neutralino 1 bis 4, abgekürzt mit Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde \chi_1^0 \dots \tilde \chi_4^0 (manchmal auch $ {\tilde {N}}_{1}^{0}\dots {\tilde {N}}_{4}^{0} $).

Alternative Zusammensetzung

Die postulierten Neutralinos können auch als Superposition der ungeladenen Konstrukte Photino Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde \gamma und Zino Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde Z^0 (anstelle von Wino Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde W^0 und Bino Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde B^0 ) mit den ungeladenen Higgsinos ausgedrückt werden.

Photino Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde \gamma und Zino Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde Z^0 sind nämlich selbst bereits Linearkombinationen von Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde W^0 und $ {\tilde {B}}^{0} $, in derselben Weise wie nach dem Standardmodell Photon Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \gamma und Z⁰-Boson, die elektrisch neutralen Eichbosonen der elektroschwachen Wechselwirkung, aus den neutralen Eichfeldern WFehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): ^0 und B⁰ hervorgehen:

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\Psi_{\gamma} \choose \Psi_{Z^0}} = \begin{pmatrix} \cos \theta_W & \sin \theta_W \\ -\sin \theta_W & \cos \theta_W \end{pmatrix} {\Psi_{B^0} \choose \Psi_{W^0}}

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \Rightarrow {\Psi_{\tilde \gamma} \choose \Psi_{\tilde Z^0}} = \begin{pmatrix} \cos \theta_W & \sin \theta_W \\ -\sin \theta_W & \cos \theta_W \end{pmatrix} {\Psi_{\tilde B^0} \choose \Psi_{\tilde W^0}}.

Dabei ist Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \theta_W der Weinbergwinkel und Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \Psi die Wellenfunktion.

Wegen der noch unberücksichtigten Mischung der Felder $ {\tilde {\gamma }} $ und Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde Z^0 mit den ungeladenen Higgsinos sind Photino und Zino im Allgemeinen keine Kandidaten für beobachtbare Teilchen.

Szenarien für die beiden leichten Neutralinos

Moortgat-Pick und Fraas^[2] haben für die beiden leichteren Neutralinos Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde N^0_1 und Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde N^0_2 drei verschiedene Szenarien untersucht. Dabei unterscheiden sich jeweils die Stärken der Anteile Photino Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde \gamma , Zino Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde Z^0 und Higgsinos Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde H^0_a und Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde H^0_b an der Mischung, wodurch unterschiedliche Identifizierungen der beiden Neutralinos mit einzelnen Anteilen nahegelegt oder auch unmöglich gemacht werden:

(A) Beim leichtesten Neutralino Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde N^0_1 überwiegt die Photino-Komponente und beim zweitleichtesten Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde N^0_2 die Zino-Komponente, die Higgsinos spielen jeweils nur eine geringe Rolle. In diesem Fall könnte man also die beiden leichtesten Neutralinos mit dem Photino und dem Zino (ungefähr) gleichsetzen.

(B) Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde N^0_1 und Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde N^0_2 sind beide etwa zu gleichen Teilen aus Photino- und Zino-Komponente zusammengesetzt, die Higgsinos spielen ebenfalls nur eine untergeordnete Rolle. Eine Zuordnung ist nicht möglich, allerdings bleiben die elektroschwachen Gauginos (weitgehend) unter sich.

(C) Bei den beiden leichten Neutralinos Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde N^0_1 und Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde N^0_2 gibt es jeweils nur geringe Anteile von Photino und Zino, dafür aber starke Komponenten der Higgsinos $ {\tilde {H}}_{a}^{0} $ bzw. Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde H^0_b . Dies legt eine entsprechende Gleichsetzung der beiden leichten Neutralinos mit den neutralen Higgsinos nahe.

Leichtestes Neutralino als WIMP-Kandidat

Von besonderer Bedeutung ist das leichteste Neutralino. In vielen Modellen ist es stabil, hat eine Masse von einigen hundert GeV/c² (Protonmasse zum Vergleich: 0,94 GeV/c²) und aufgrund seiner fehlenden elektrischen Ladung eine geringe Wechselwirkung mit Licht. Daher wäre es als leichtestes supersymmetrisches Teilchen (LSP) ein vielversprechender Kandidat für Dunkle Materie, ein sogenanntes WIMP. Die Particle Data Group gab 2006 als experimentelle untere Grenze für die Neutralinomasse 46 GeV/c² an^[3].

Siehe auch

• Chargino: Mischungen der geladenen Winos Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde W^1 und Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde W^2 bzw. Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde W^+ und Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde W^- (Partner der elektrisch geladenen W-Bosonen) und der geladenen Higgsinos Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tilde H^+ und $ {\tilde {H}}^{-} $

Fußnoten und Einzelnachweise