Neutralino

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In der Elementarteilchenphysik sind Neutralinos hypothetische, in supersymmetrischen Theorien auftretende Elementarteilchen. Supersymmetrische Theorien zeichnen sich dadurch aus, dass jedem (Quanten-)Feld ein Partnerfeld (Superpartner) zugeordnet wird, das sich im Spin vom Original um den Betrag 1/2 unterscheidet. Da die Ausgangsfelder hier Bosonen sind, müssen die Neutralinos somit selbst Fermionen sein.

Inhaltsverzeichnis

[Bearbeiten] Neutralinos im MSSM

Genauer sind die Neutralinos Überlagerungszustände (Mischungen, Liniearkombinationen) aus Superpartnern sowohl elektrisch als auch farbneutraler Eich-[1] und Higgsfelder. Bei den ersteren handelt es sich um das elektrisch neutrale Wino \tilde W^0 (Partner des W0) bzw. des ebenfalls ungeladenen Bino \tilde B^0 (Partner des B0)[2][3], bei den letzteren um die ungeladenen Higgsinos \tilde H^0_a und \tilde H^0_b (Partner hypothetischer Higgs-Felder).

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 \tilde \chi_1^0 \dots \tilde \chi_4^0 (manchmal auch \tilde N_1^0 \dots \tilde N_4^0).

Von besonderer Bedeutung ist das leichteste Neutralino. In vielen Modellen ist es stabil, hat eine Masse von einigen hundert GeV/c² und hat aufgrund seiner fehlenden elektrischen Ladung eine geringe Wechselwirkung mit Licht. Daher wäre es als lightest supersymmetric particle ein vielversprechender Kandidat für Dunkle Materie, ein sogenanntes WIMP.

Neutralinos sind Majorana-Fermionen, d. h. sie unterscheiden sich nicht von ihren Antiteilchen.

[Bearbeiten] Zusammensetzung der beiden leichten Neutralinos

Eine direkte Identifizierung des Photons und des Z-Bosons mit Neutralinos ist im Allgemeinen nicht möglich. Gelegentlich betrachtet man jedoch rechnerische Linearkombinationen der Felder Wino \tilde W^0 und Bino \tilde B^0 mit denselben Koeffizienten, mit denen das Photon γ und das Z-Boson aus den neutralen Eichfeldern W0 und B0 hervorgehen, und nennt diese Konstrukte Photino \tilde \gamma und Zino \tilde Z^0:


{\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}} \quad \Rightarrow \quad {\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 θW der Weinbergwinkel)

Wegen der noch unberücksichtigten Mischung dieser Felder mit den Higgsinos sind dies aber im Allgemeinen keine Kandidaten für beobachtbare Teilchen. Moortgat-Pick und Fraas [4] haben für die beiden leichteren Neutralinos drei verschiedene Szenarien untersucht, die sich in der Mischung mit den Higgsinos unterscheiden. Die Mischungen haben sie in den Anteilen Photino, Zino und der beiden erwähnten neutralen Higgsinos ausgedrückt:

(A) In diesem Fall überwiegt beim leichteste Neutralino \tilde N^0_1 die Photino-Komponente, und beim zweitleichtesten \tilde N^0_2 die Zino-Komponnete. In diesem Fall könnte man also die hypothetischen Teilchen \tilde \chi^0_1 mit dem Photino, und \tilde \chi^0_2 mit dem Zino (ungefähr) gleichsetzen.
(B) \tilde N^0_1 und \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 wie oben ist nicht möglich, allerdings bleiben die elektroschwachen Gauginos unter sich.
(C) Bei beiden leichten Neutralinos \tilde \chi^0_1 und \tilde \chi^0_2 gibt es starke Komponenten der Higgsinos \tilde H^0_a bzw. \tilde H^0_b, die eine entsprechende Gleichsetzung dieser beiden Neutralinos jetzt mit unseren neutralen Higgsinos naheliegt.

Die verschiedene Szenarien legen also ganz unterschiedliche Identifizierungen nahe, oder machen solche auch ganz unmöglich.

[Bearbeiten] Siehe auch

[Bearbeiten] Fußnoten und Einzelnachweise

  1. ↑ Es tragen wie nur die neutralen Eichfelder der elektroschwachen Wechselwirkung bei.
  2. ↑ Als Superpartner von Eichfeldern handelt es sich beim neutralen Wino und Bino um Gauginos
  3. ↑ Die elektrisch neutralen Eichbosonen der elektroschwachen Wechselwirkung, das Z0-Boson und das Photon γ sind nach dem Standardmodell (SM) Mischungen dieser beiden Felder W0 und B0, siehe unten.
  4. ↑ G. Moortgat-Pick & H. Fraas (beide Univ. Würzburg): Angular and Energy Distribution in Neutralino Production and Decay With Complete Spin Correlations. In: Acta Physica Polonia B. 28, Nr. 11, 1997, S. 2395-2400 ([1]).
Von „http://de.wikipedia.org/wiki/Neutralino“
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