डार्क मैटर उम्मीदवार और कण मॉडल

कई सिद्धांत प्रस्तावित करते हैं कि डार्क मैटर क्या हो सकता है, कमजोर रूप से अंतःक्रिया करने वाले विशाल कणों से लेकर अति-हल्के एक्सियन तक, प्रत्येक इसकी खोज के एक अलग तरीके का अर्थ है।

Definition

डार्क मैटर उम्मीदवार परिकल्पित कण या वस्तुएँ हैं जो गैर-बैरियोनिक डार्क मैटर का गठन कर सकती हैं, जिनकी विशेषता उनके द्रव्यमान, अंतःक्रिया शक्ति और ब्रह्मांडीय तंत्र से होती है जो देखी गई अवशेष प्रचुरता का उत्पादन करता है।

Scope

यह विषय डार्क मैटर के लिए अग्रणी कण उम्मीदवारों को शामिल करता है, जिसमें कमजोर रूप से अंतःक्रिया करने वाले विशाल कण (WIMPs), एक्सियन, बाँझ न्यूट्रिनो और आदिम ब्लैक होल शामिल हैं, उत्पादन तंत्र जो उनकी अवशेष प्रचुरता को निर्धारित करते हैं जैसे थर्मल फ्रीज-आउट, और सैद्धांतिक ढाँचे जैसे सुपरसिमेट्री जो उन्हें प्रेरित करते हैं।

Core questions

• किस प्रकार के कण डार्क मैटर बना सकते हैं?
• प्रत्येक उम्मीदवार सही ब्रह्मांडीय प्रचुरता कैसे प्राप्त करता है?
• WIMPs और एक्सियन को विशेष रूप से अच्छी तरह से प्रेरित क्यों माना जाता है?

Key concepts

• WIMP
• एक्सियन
• बाँझ न्यूट्रिनो
• आदिम ब्लैक होल
• थर्मल फ्रीज-आउट
• अवशेष प्रचुरता
• सुपरसिमेट्री

Key theories

थर्मल अवशेष WIMPs

प्रारंभिक ब्रह्मांड में थर्मल संतुलन में एक कमजोर रूप से अंतःक्रिया करने वाला विशाल कण एक अवशेष प्रचुरता के साथ फ्रीज आउट होता है जो स्वाभाविक रूप से देखे गए डार्क-मैटर घनत्व के करीब होता है, एक संयोग जिसे WIMP चमत्कार के रूप में जाना जाता है।

एक्सियन और हल्के उम्मीदवार

अति-हल्के बोसोन जैसे एक्सियन, मूल रूप से कण भौतिकी में एक समस्या को हल करने के लिए प्रस्तावित किए गए थे, प्रारंभिक ब्रह्मांड में गैर-थर्मली उत्पन्न हो सकते हैं और कोल्ड डार्क मैटर के रूप में व्यवहार कर सकते हैं, जो WIMPs का एक विकल्प प्रदान करते हैं।

Mechanisms

थर्मल उम्मीदवार तब तक संतुलन में रहते हैं जब तक उनकी विनाश दर विस्तार दर से नीचे नहीं गिर जाती और वे फ्रीज आउट नहीं हो जाते, जिससे उनके क्रॉस सेक्शन द्वारा अवशेष घनत्व तय हो जाता है; एक्सियन जैसे गैर-थर्मल उम्मीदवार क्षेत्र के दोलनों द्वारा उत्पन्न होते हैं, जबकि संरचना निर्माण से मेल खाने के लिए व्यवहार्य उम्मीदवारों की ठंडी, धीमी प्रकृति की आवश्यकता होती है।

Clinical relevance

उम्मीदवार परिदृश्य प्रायोगिक रणनीति का मार्गदर्शन करता है: अनुमानित द्रव्यमान और अंतःक्रिया शक्ति यह निर्धारित करती है कि डार्क मैटर को भूमिगत डिटेक्टरों में, विनाश उत्पादों का शिकार करने वाले दूरबीनों के साथ, एक्सियन हांटिंग कैविटीज़ में, या कोलाइडर में सबसे अच्छा खोजा जाता है, इसलिए सिद्धांत और खोज कार्यक्रम कसकर जुड़े हुए हैं।

History

गतिकीय साक्ष्य परिपक्व होने के बाद, 1980 के दशक में कोल्ड डार्क मैटर मानक प्रतिमान बन गया, जिसमें सुपरसिमेट्रिक WIMPs और एक्सियन प्रमुख उम्मीदवारों के रूप में उभरे; दशकों की शून्य खोजों ने तब से बाँझ न्यूट्रिनो, आदिम ब्लैक होल, और हल्के या अधिक कमजोर रूप से युग्मित कणों पर ध्यान केंद्रित किया है।

Debates

WIMP प्रतिमान की स्थिति

बढ़ते संवेदनशील प्रयोगों के बावजूद WIMP का पता न लगने से इस बात पर बहस छिड़ गई है कि क्या WIMP सबसे संभावित उम्मीदवार बना हुआ है या क्या ध्यान एक्सियन, हल्के कणों, या पूरी तरह से अलग परिदृश्यों पर केंद्रित होना चाहिए।

Key figures

• Gianfranco Bertone
• Dan Hooper
• Joseph Silk
• Helen Quinn
• Roberto Peccei

Seminal works

• bertone2005

Frequently asked questions

WIMP चमत्कार क्या है?

यह वह अवलोकन है कि लगभग कमजोर-पैमाने के द्रव्यमान और अंतःक्रियाओं वाला एक स्थिर कण, जो प्रारंभिक ब्रह्मांड में थर्मल संतुलन से बाहर निकलता है, स्वाभाविक रूप से लगभग देखे गए डार्क-मैटर घनत्व के साथ समाप्त होगा, जिससे WIMPs एक सैद्धांतिक रूप से आकर्षक उम्मीदवार बन जाते हैं।

क्या डार्क मैटर ब्लैक होल हो सकते हैं?

प्रारंभिक ब्रह्मांड में बने आदिम ब्लैक होल एक संभावित उम्मीदवार हैं, लेकिन लेंसिंग, गतिशीलता और ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि से अवलोकन संबंधी बाधाएं उन्हें संकीर्ण द्रव्यमान खिड़कियों तक सीमित करती हैं, इसलिए वे अधिकांश श्रेणियों में डार्क मैटर का अधिकतम एक अंश हो सकते हैं।