Neutralino

hypothetisches Elementarteilchen

Neutralinos sind hypothetische Elementarteilchen, die in supersymmetrischen Theorien der Elementarteilchenphysik 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., sich unterscheiden sich nicht von ihren Antiteilchen. Die Neutralinos dürfen nicht mit den Neutrinos verwechselt werden, welche ebenfalls Fermionen ohne elektrische Ladung sind.

Vier Neutralinos im MSSMBearbeiten

Im minimalen supersymmetrischen Standardmodell (MSSM) sind Neutralinos 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 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 MSSM sind dies Neutralino 1 bis 4, abgekürzt mit   (manchmal auch  ).

Alternative ZusammensetzungBearbeiten

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 NeutralinosBearbeiten

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-KandidatBearbeiten

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 auchBearbeiten

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

Fußnoten und EinzelnachweiseBearbeiten

  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:hep-ph/9712354.
  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.