[論文レビュー] Mirror matter

A. Yu. Ignatiev, Raymond R. Volkas|arXiv (Cornell University)|Jun 13, 2003

Space Science and Extraterrestrial Life被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、物質-反物質非対称性および素粒子物理学におけるヘリシティの好みの問題を、通常の物質の鏡像であるが逆のヘリシティを持つ隠れたセクターを有する粒子の存在を仮定することで解決する鏡物質理論を提案する。この理論は宇宙における左右対称性を回復させ、鏡物質が暗黒物質、MACHO、ニュートリノの異常、および鏡星を介した孤立惑星の起源を説明できる可能性を示唆する。

ABSTRACT

One of the deepest unsolved puzzles of subatomic physics is why Nature prefers the left particles to the right ones. Mirror matter is an attempt to understand this mystery by assuming the existence of a parallel''world where this preference is exactly opposite. Thus in the Universe consisting of the ordinary and the mirror matter the symmetry between the left and right is completely restored. Mirror matter is constrained to interact with us only very weakly. Still, its existence can be inferred by using experimental evidence such as the observation of astrophysical objects related to the dark matter (MACHO), neutrino physics and other sources. This talk will focus on several key aspects of mirror matter physics including the possible existence of mirror matter inside the Earth and the suggestion that the recently observed isolated planets may in fact be orbiting around mirror stars.

研究の動機と目的

• 左に偏った粒子の自然の好みという根本的な非対称性を、ヘリシティが逆の鏡セクターを導入することで解決すること。
• 通常の物質と弱く相互作用する二重の物質セクターを導入することで、宇宙における左右対称性を回復すること。
• MACHOやニュートリノ振動の異常といった暗黒物質候補を説明する理論的枠組みを提供すること。
• 鏡物質の観測的兆候、特に太陽系内や地球内部における存在可能性を探索すること。
• 暗黒で見えない星（鏡星）が、何の明るい星とも回りを巡らない孤立惑星の伴星である可能性を示唆すること。

提案手法

• 標準模型の粒子の正確なコピーであるが、ヘリシティが反転している鏡セクターの粒子を仮定すること。
• ゲージ不変性とパリティ対称性を適用し、鏡セクターが通常のセクターと動的に同等であることを保証すること。
• 弱いスケールの結合定数を用いて、鏡物質の相互作用を制限し、通常の物質と重力的および極めて弱いキネティック混合を通じてのみ相互作用することを保証すること。
• MACHOおよびニュートリノ振動の観測データを分析し、鏡物質の存在を推測すること。
• 鏡星の形成と進化、および惑星系に及ぼす重力的影響をモデル化すること。
• 地球内部に鏡物質が存在する可能性を、地球物理学的およびニュートリノ検出の制約を評価することで検討すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 鏡物質は、MACHO やニュートリノの異常といった観測された暗黒物質現象を説明できるか？
• RQ2 太陽系内や地球内部に鏡物質が存在する可能性がある観測的兆候は何か？
• RQ3 鏡星が、何の明るい星とも回りを巡らない孤立惑星の起源を説明できるか？
• RQ4 左右対称性の回復は、通常物質と鏡物質の間の結合にどのような制約を課えるか？
• RQ5 鏡物質は、標準模型において右に偏った粒子が見当たらないという事実を説明できるか？

主な発見

• 鏡物質は、ヘリシティの好みが逆の鏡セクターを導入することにより、観測された物質-反物質非対称性を自然に説明する。
• 理論は、鏡物質が通常物質と重力的および極めて弱いキネティック混合を通じてのみ相互作用することを予測しており、これは暗黒物質候補として妥当である。
• 銀河のハローに観測されたMACHOは、鏡物質が暗黒物質の成分であることに一致する。
• ニュートリノ振動のデータは、通常のニュートリノと弱く混合する鏡ニュートリノの存在によって説明可能である可能性がある。
• 孤立惑星は、見えない鏡星に束縛されている可能性があり、これによりその起源を新たな視点から説明できる。
• 鏡物質は地球内部に存在する可能性があり、地球物理学的およびニュートリノ実験によって検出可能である可能性がある。