Neutralino - Neutralino

Neutralino
Status Hipotético
Símbolo
0
1
,
0
2
,
0
3
,
0
4
Antipartícula self ( partícula verdadeiramente neutra )
Tipos 4
Massa > 300 GeV
Carga elétrica 0
Rodar 1/2
Número Lepton 0
Número Baryon 0
Paridade R -1

Na supersimetria , o neutralino é uma partícula hipotética. No Modelo Padrão Supersimétrico Mínimo (MSSM) , um modelo popular de realização de supersimetria em uma energia baixa, existem quatro neutralinos que são férmions e são eletricamente neutros, o mais leve dos quais é estável em um cenário conservado de paridade R de MSSM. Eles são normalmente rotulados
0
1
(o mais leve),
0
2
,
0
3
e
0
4
(o mais pesado) embora às vezes também seja usado para se referir a charginos .

(Neste artigo,
±
1
é usado para chargino # 1, etc.)

Esses quatro estados são compostos do bino e do wino neutro (que são os gauginos eletrofracos neutros ) e dos higgsinos neutros . Como os neutralinos são férmions de Majorana , cada um deles é idêntico à sua antipartícula .

Comportamento esperado

Se existissem, essas partículas interagiriam apenas com os bósons vetores fracos , de modo que não seriam produzidas diretamente em colisões de hadron em números copiosos. Eles apareceriam principalmente como partículas em decaimentos em cascata (decaimentos que acontecem em várias etapas) de partículas mais pesadas geralmente originadas de partículas supersimétricas coloridas , como squarks ou gluinos .

Em modelos de conservação de paridade R , o neutralino mais leve é ​​estável e todos os decaimentos em cascata supersimétricos acabam decaindo nessa partícula que deixa o detector invisível e sua existência só pode ser inferida procurando-se por momento desequilibrado em um detector.

Os neutralinos mais pesados ​​decaem tipicamente através de um bóson Z neutro para um neutralino mais leve ou através de um bóson W carregado para um chargino leve:


0
2
   
0
1
+
Z0
    Energia faltando +
+
+
-

0
2
   
±
1
+
C
   
0
1
+
C±
+
C
    Energia faltando +
+
+ ν
+
-
+ ν

A divisão em massa entre os diferentes neutralinos ditará quais padrões de decomposição são permitidos.

Até o momento, os neutralinos nunca foram observados ou detectados em um experimento.

Origens em teorias supersimétricas

Em modelos de supersimetria, todas as partículas do Modelo Padrão têm partículas parceiras com os mesmos números quânticos, exceto para o spin do número quântico , que difere em 12 de sua partícula parceira. Como os superparceiros do bóson Z ( zino ), o fóton ( fotino ) e os higgs neutros ( higgsino ) têm os mesmos números quânticos, eles podem se misturar para formar quatro estados próprios do operador de massa chamados "neutralinos". Em muitos modelos, o mais leve dos quatro neutralinos acaba sendo a partícula supersimétrica (LSP) mais leve , embora outras partículas também possam assumir esse papel.

Fenomenologia

As propriedades exatas de cada neutralino dependerão dos detalhes da mistura (por exemplo, se são mais semelhantes a higgsino ou gaugino), mas tendem a ter massas na escala fraca (100 GeV ~ 1 TeV) e acopladas a outras partículas com forças características da interação fraca . Desse modo, exceto pela massa, eles são fenomenologicamente semelhantes aos neutrinos e, portanto, não são diretamente observáveis ​​em detectores de partículas em aceleradores.

Em modelos nos quais a paridade R é conservada e o mais leve dos quatro neutralinos é o LSP, o neutralino mais leve é ​​estável e eventualmente é produzido na cadeia de decaimento de todos os outros superparceiros. Em tais casos, os processos supersimétricos em aceleradores são caracterizados pela expectativa de uma grande discrepância de energia e momento entre as partículas de estado inicial e final visíveis, com essa energia sendo transportada por um neutralino que sai do detector despercebido. Esta é uma assinatura importante para discriminar a supersimetria dos fundos do Modelo Padrão.

Relação com a matéria escura

Como uma partícula pesada e estável, o neutralino mais leve é ​​um excelente candidato para formar a matéria escura fria do universo . Em muitos modelos, o neutralino mais leve pode ser produzido termicamente no início do universo quente e deixar aproximadamente a abundância de relíquia certa para explicar a matéria escura observada . Um neutralino mais leve de aproximadamente10–10 000  GeV é o principal candidato à matéria escura de partícula massiva de interação fraca ( WIMP ).

A matéria escura neutra pode ser observada experimentalmente na natureza indireta ou diretamente. Para observação indireta, telescópios de raios gama e neutrino procuram evidências de aniquilação de neutralino em regiões de alta densidade de matéria escura, como o centro galáctico ou solar. Para observação direta, experimentos de propósito especial, como o Cryogenic Dark Matter Search (CDMS), buscam detectar os raros impactos de WIMPs em detectores terrestres. Esses experimentos começaram a sondar o espaço de parâmetros supersimétricos interessantes, excluindo alguns modelos para matéria escura neutra, e experimentos atualizados com maior sensibilidade estão em desenvolvimento.

Veja também

Referências