[論文レビュー] Cosmology: Neutrinos also as one Kind of Dark Matter

W-Y. P. Hwang|arXiv (Cornell University)|Dec 6, 2010

Dark Matter and Cosmic Phenomena参考文献 4被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、ニュートリノが新しい家族対称性（SU_f(3)）と弱い結合を持つことにより、ダークマターの一部を占め得ると提案している。標準模型にニュートリノが直接結合する追加のゲージ対称性を導入することで、著者らはニュートリノが間接的信号を通じてダークマターの探査に役立つ可能性があると示唆し、ダークマター同定のための新しいメカニズムを提示している。

ABSTRACT

In an effort to understand the large quantity of dark matter (25% versus 5% for the ordinary matter), we try to make the family as another gauge symmetry (and thus the source for another feeble interactions) and identify it as the main source of dark matter. One example is the SU_c(3) imes SU(2) imes U(1) imes SU_f(3) extended Standard Model, but all species in the visible ordinary except the neutrinos, don't couple, except indirectly or only through higher order, to SU_f(3) (the dark matter sector). In this note, we try to illustrate this aspect with an eye to detect the dark matter, through the detection of the neutrinos, the hypothetical species that couple directly to the dark-matter world. In other words, neutrinos may also be one kind of dark matter.

研究の動機と目的

• ニュートリノが新しい家族ゲージ対称性（SU_f(3)）に結合することにより、ダークマターの形態として成立する可能性を検討すること。
• 宇宙の物質密度における不一致、すなわち通常の物質の5％に対してダークマターが約25％を占めるという事実を説明すること。
• ニュートリノが新しいゲージ相互作用を通じて可視セクターとダークマター・セクターの間のブリッジとして機能するメカニズムを提案すること。
• ニュートリノがダークセクターに直接結合するという特徴を活かし、間接的信号を通じてダークマターを検出可能にする戦略を可能にすること。

提案手法

• 標準模型に追加のゲージ群 SU_f(3) を導入し、SU_c(3) × SU(2) × U(1) × SU_f(3) の枠組みを構築すること。
• ニュートリノ以外のすべての標準模型フェルミオンが、直接的結合ではなく間接的または高次相互作用を通じてのみ SU_f(3) セクターに結合することを課すこと。
• ニュートリノが SU_f(3) ゲージボソンと弱い相互作用を示すことを、ダークマター信号の検出チャネルとして利用すること。
• このモデルの宇宙論的影響、特にダークマター密度の文脈におけるニュートリノの残余密度を分析すること。
• ニュートリノの振動および散乱過程を、SU_f(3) への結合を通じてダークマター・セクターのプローブとして位置づけること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ニュートリノが新しい家族ゲージ対称性（SU_f(3)）に直接結合することで、実現可能なダークマター成分として機能できるか？
• RQ2 SU_f(3) をダークセクターのゲージ群として導入することで、宇宙における観測されたダークマター密度にどのような影響を与えるか？
• RQ3 このモデルの検出可能なシグネチャー、特にニュートリノとダークセクターとの相互作用を通じて得られるものは何か？
• RQ4 この拡張モデルにおいて、ニュートリノが可視セクターとダークマター・セクターの間をどの程度効果的に媒介するか？

主な発見

• ニュートリノは、隠れたセクターとして機能する SU_f(3) ゲージ対称性に結合することで、直接的なダークマター成分として提案されている。
• ニュートリノ以外のすべての標準模型フェルミオンは、SU_f(3) セクターに直接結合せず、通常の物質の安定性が保たれる。
• このモデルでは、ニュートリノを介した過程を通じてダークマターの間接的検出が可能となり、新しい探索戦略を提供する。
• この枠組みにおけるニュートリノの宇宙論的残余密度は、観測されたダークマター密度の顕著な割合を占める可能性がある。