Candidatos de Materia Oscura y Modelos de Partículas
Muchas teorías proponen qué podría ser la materia oscura, desde partículas masivas que interactúan débilmente hasta axiones ultraligeros, cada una implicando una forma diferente en que podría ser descubierta.
Definition
Los candidatos de materia oscura son partículas u objetos hipotéticos que podrían constituir la materia oscura no bariónica, caracterizados por su masa, fuerza de interacción y el mecanismo cosmológico que produce la abundancia reliquia observada.
Scope
Este tema cubre los principales candidatos de partículas para la materia oscura, incluyendo partículas masivas de interacción débil, axiones, neutrinos estériles y agujeros negros primordiales, los mecanismos de producción que establecen su abundancia reliquia, como el desacoplamiento térmico, y los marcos teóricos como la supersimetría que los motivan.
Core questions
- ¿Qué tipos de partículas podrían componer la materia oscura?
- ¿Cómo adquiere cada candidato la abundancia cósmica correcta?
- ¿Por qué se considera que los WIMPs y los axiones están especialmente bien motivados?
Key concepts
- WIMP
- Axión
- Neutrino estéril
- Agujero negro primordial
- Desacoplamiento térmico
- Abundancia reliquia
- Supersimetría
Key theories
- WIMPs reliquia térmica
- Una partícula masiva de interacción débil en equilibrio térmico en el universo temprano se desacopla con una abundancia reliquia naturalmente cercana a la densidad de materia oscura observada, una coincidencia conocida como el milagro WIMP.
- Axiones y candidatos ligeros
- Los bosones ultraligeros como el axión, propuestos originalmente para resolver un problema en la física de partículas, pueden producirse no térmicamente en el universo temprano y comportarse como materia oscura fría, ofreciendo una alternativa a los WIMPs.
Mechanisms
Los candidatos térmicos permanecen en equilibrio hasta que su tasa de aniquilación cae por debajo de la tasa de expansión y se desacoplan, fijando la densidad reliquia por su sección transversal; los candidatos no térmicos, como los axiones, se producen por oscilaciones de campo, mientras que la naturaleza fría y lenta de los candidatos viables es necesaria para coincidir con la formación de estructuras.
Clinical relevance
El panorama de candidatos guía la estrategia experimental: la masa y la fuerza de interacción asumidas determinan si la materia oscura se busca mejor en detectores subterráneos, con telescopios que cazan productos de aniquilación, en cavidades de búsqueda de axiones o en colisionadores, por lo que la teoría y los programas de búsqueda están estrechamente vinculados.
History
Después de que la evidencia dinámica maduró, la década de 1980 vio a la materia oscura fría convertirse en el paradigma estándar, con WIMPs supersimétricas y el axión emergiendo como candidatos principales; décadas de búsquedas nulas han ampliado desde entonces la atención a los neutrinos estériles, los agujeros negros primordiales y las partículas más ligeras o más débilmente acopladas.
Debates
- El estado del paradigma WIMP
- La ausencia de detecciones de WIMPs a pesar de experimentos cada vez más sensibles ha provocado un debate sobre si el WIMP sigue siendo el candidato más probable o si la atención debería centrarse en los axiones, partículas más ligeras o escenarios completamente diferentes.
Key figures
- Gianfranco Bertone
- Dan Hooper
- Joseph Silk
- Helen Quinn
- Roberto Peccei
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Seminal works
- bertone2005
Frequently asked questions
- ¿Qué es el milagro WIMP?
- Es la observación de que una partícula estable con una masa e interacciones aproximadamente a escala débil, al desacoplarse del equilibrio térmico en el universo temprano, terminaría naturalmente con aproximadamente la densidad de materia oscura observada, lo que convierte a los WIMPs en un candidato teóricamente atractivo.
- ¿Podría la materia oscura ser agujeros negros?
- Los agujeros negros primordiales formados en el universo temprano son un candidato posible, pero las restricciones observacionales del lente gravitacional, la dinámica y el fondo cósmico de microondas los limitan a ventanas de masa estrechas, por lo que pueden ser como máximo una fracción de la materia oscura en la mayoría de los rangos.