[论文解读] 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 4

一句话总结

本文提出，由于中微子与一种新的家族对称性（SU_f(3)）的弱耦合，它们可能构成暗物质的一部分。通过在标准模型中引入一个仅中微子直接耦合的额外规范对称性，作者建议中微子可通过间接信号作为探测暗物质的可观测探针，从而提供一种全新的暗物质识别机制。

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.

研究动机与目标

• 探讨中微子由于与新的家族规范对称性（SU_f(3)）耦合，是否可作为暗物质的一种形式。
• 解决宇宙物质含量的差异问题，即暗物质约占宇宙的25%，而普通物质仅占5%。
• 提出一种机制，使中微子通过新的规范相互作用在可见物质 sector 与暗物质 sector 之间建立桥梁。
• 通过中微子直接耦合到暗物质 sector 的方式，实现暗物质的潜在探测。

提出的方法

• 在标准模型中引入额外的规范群 SU_f(3)，形成 SU_c(3) × SU(2) × U(1) × SU_f(3) 的框架。
• 规定仅中微子直接耦合到 SU_f(3) sector，而所有其他标准模型费米子仅通过间接或高阶相互作用耦合。
• 利用中微子与 SU_f(3) 规范玻色子的弱相互作用作为探测暗物质信号的潜在通道。
• 分析该模型的宇宙学影响，特别是中微子在暗物质密度背景下的遗迹丰度。
• 将中微子振荡与散射过程作为探测暗物质 sector 的手段，通过其与 SU_f(3) 的耦合。

实验结果

研究问题

• RQ1 中微子是否可通过与新的家族规范对称性直接耦合，成为暗物质的可行组成部分？
• RQ2 引入 SU_f(3) 作为暗物质 sector 的规范群，对宇宙中观测到的暗物质密度有何影响？
• RQ3 该模型的可探测信号是什么，特别是通过中微子与暗物质 sector 的相互作用？
• RQ4 在该扩展模型中，中微子在可见物质与暗物质 sector 之间起到多大程度的媒介作用？

主要发现

• 由于与 SU_f(3) 规范对称性的耦合，中微子被提议为暗物质的直接组成部分，该对称性充当隐藏 sector。
• 除中微子外，所有其他标准模型费米子均不直接耦合到 SU_f(3) sector，从而保持了普通物质的稳定性。
• 该模型允许通过中微子介导的过程实现暗物质的间接探测，提供一种新颖的搜索策略。
• 在此框架下，中微子的宇宙遗迹丰度可能解释观测到的暗物质密度的显著部分。