Neutralino

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche

In der Elementarteilchenphysik sind Neutralinos hypothetische Elementarteilchen, die in supersymmetrischen Theorien auftreten. Diese Theorien 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[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Neutralinos sind Überlagerungszustände (Mischungen, Linearkombinationen) aus Superpartnern sowohl elektrisch als auch farbneutraler Eich-[1] und Higgsfelder. Bei ersteren handelt es sich um die Gauginos (Wino, Partner des W0) und (Bino, Partner des B0), bei letzteren um die Higgsinos und (Partner der hypothetischen Higgs-Bosonen und ).

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 (manchmal auch ).

Alternative Zusammensetzung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die postulierten Neutralinos können auch als Superposition der ungeladenen Konstrukte Photino und Zino (anstelle von Wino und Bino ) mit den ungeladenen Higgsinos ausgedrückt werden.

Photino und Zino sind nämlich selbst bereits Linearkombinationen von und , in derselben Weise wie nach dem Standardmodell Photon und Z0-Boson, die elektrisch neutralen Eichbosonen der elektroschwachen Wechselwirkung, aus den neutralen Eichfeldern W0 und B0 hervorgehen:

Dabei ist der Weinbergwinkel und die Wellenfunktion.

Wegen der noch unberücksichtigten Mischung der Felder und mit den ungeladenen Higgsinos sind Photino und Zino im Allgemeinen keine Kandidaten für beobachtbare Teilchen.

Szenarien für die beiden leichten Neutralinos[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Moortgat-Pick und Fraas[2] haben für die beiden leichteren Neutralinos und drei verschiedene Szenarien untersucht. Dabei unterscheiden sich jeweils die Stärken der Anteile Photino , Zino und Higgsinos und an der Mischung, wodurch unterschiedliche Identifizierungen der beiden Neutralinos mit einzelnen Anteilen nahegelegt oder auch unmöglich gemacht werden:

Neutralino
Mischungs-
anteil
Szenario A +0.94 -0.32 -0.08 -0.07 +0.34 -0.90 -0.16 -0.23
Szenario B +0.67 -0.63 -0.13 -0.09 +0.65 -0.75 -0.18 -0.10
Szenario C +0.10 -0.17 -0.19 -0.96 +0.06 -0.31 -0.92 -0.24
(A) Beim leichtesten Neutralino überwiegt die Photino-Komponente und beim zweitleichtesten 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) und 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 und gibt es jeweils nur geringe Anteile von Photino und Zino, dafür aber starke Komponenten der Higgsinos bzw. . Dies legt eine entsprechende Gleichsetzung der beiden leichten Neutralinos mit den neutralen Higgsinos nahe.

Leichtestes Neutralino als WIMP-Kandidat[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Chargino: Mischungen der geladenen Winos und bzw. und (Partner der elektrisch geladenen W-Bosonen) und der geladenen Higgsinos und

Fußnoten und Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Es tragen nur die neutralen Eichfelder der elektroschwachen Wechselwirkung bei.
  2. 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 (arXiv).
  3. PDG, siehe pdf-Datei Searches (Supersymmetry, Compositeness); die Joint LEP2 Supersymmetry Working Group, Aleph, Delphi, L3 and Opal Experiments gibt 47 GeV/c² an.