В теориях супергравитации, сочетающих общую теорию относительности и суперсимметрию , гравитино (
ГРАММ
) - калибровочный фермионный суперсимметричный партнер предполагаемого гравитона . Он был предложен в качестве кандидата на темную материю .
Состав | Элементарная частица |
---|---|
Статистика | Фермионный |
Взаимодействия | Гравитация |
Статус | Гипотетический |
Символ | ГРАММ |
Античастица | Себя |
Электрический заряд | 0 e |
Вращение | 3/2 |
Если он существует, то это фермион со спином. 3/2и поэтому подчиняется уравнению Рариты-Швингера . Поле гравитино обычно записывается как ψ μα, где μ = 0, 1, 2, 3 - четырехвекторный индекс, а α = 1, 2 - спинорный индекс. При μ = 0 получаются моды с отрицательной нормой, как и с любой безмассовой частицей со спином 1 или выше. Эти моды нефизичны, и для согласованности должна существовать калибровочная симметрия, которая отменяет эти моды: δψ μα = ∂ μ ε α , где ε α ( x ) - спинорная функция пространства-времени. Эта калибровочная симметрия представляет собой преобразование локальной суперсимметрии , и результирующая теория - супергравитация .
Таким образом, гравитино - это фермион, опосредующий супергравитационные взаимодействия, точно так же, как фотон опосредует электромагнетизм , а гравитон предположительно опосредует гравитацию . Всякий раз, когда суперсимметрия нарушается в теориях супергравитации, она приобретает массу, которая определяется масштабом нарушения суперсимметрии . Это значительно варьируется между различными моделями суперсимметрии, но если суперсимметрия решить проблему иерархии в стандартной модели , гравитин не может быть более массивными , чем примерно 1 Т / с 2 .
Космологическая проблема гравитино
Если гравитино действительно имеет массу порядка ТэВ, то это создает проблему в стандартной модели космологии , по крайней мере, наивно. [1] [2] [3] [4]
Один из вариантов - гравитино стабильно. Это было бы так, если бы гравитино - легчайшая суперсимметричная частица и R-четность сохраняется (или почти так). В этом случае гравитино является кандидатом на роль темной материи ; поскольку такие гравитино были созданы в очень ранней Вселенной. Однако можно вычислить плотность гравитино, и она окажется намного выше наблюдаемой плотности темной материи .
Другой вариант - гравитино нестабильно. Таким образом, упомянутые выше гравитино будут распадаться и не будут влиять на наблюдаемую плотность темной материи . Однако, поскольку они распадаются только в результате гравитационного взаимодействия, их время жизни будет очень большим, порядка M pl 2 ∕ m 3 в натуральных единицах , где M pl - масса Планка, а m - масса гравитино. Для массы гравитино порядка ТэВ это было бы10 5 с , намного позже эпохи нуклеосинтеза . По крайней мере, один возможный канал распада должен включать фотон , заряженный лептон или мезон , каждый из которых был бы достаточно энергичным, чтобы разрушить ядро, если оно ударит по нему. Можно показать, что при распаде будет создано достаточно таких энергичных частиц, чтобы уничтожить почти все ядра, созданные в эпоху нуклеосинтеза , в отличие от наблюдений. Фактически, в таком случае Вселенная была бы сделана только из водорода , и звездообразование , вероятно, было бы невозможным.
Одним из возможных решений космологической проблемы гравитино является модель расщепленной суперсимметрии , где масса гравитино намного выше, чем масштаб ТэВ, но другие фермионные суперсимметричные партнеры частиц стандартной модели уже появляются в этом масштабе.
Другое решение состоит в том, что R-четность слегка нарушена и гравитино является самой легкой суперсимметричной частицей. Это заставляет почти все суперсимметричные частицы в ранней Вселенной распадаться на частицы Стандартной модели посредством взаимодействий, нарушающих R-четность, задолго до синтеза первичных ядер; небольшая часть, однако, распадается на гравитино, период полураспада которых на порядки превышает возраст Вселенной из-за подавления скорости распада в масштабе Планка и малых взаимодействий, нарушающих R-четность . [5]
Смотрите также
- Суперсимметрия
- Гравитон
- Двойной гравитон
- Сила тяжести
Рекомендации
- ^ Морой, Т .; Murayama, H .; Ямагути, Масахиро (1993). «Космологические ограничения на световое устойчивое гравитино». Физика Письма Б . 303 (3–4): 289–294. Bibcode : 1993PhLB..303..289M . DOI : 10.1016 / 0370-2693 (93) 91434-о . ISSN 0370-2693 .
- ^ Окада, Нобучика; Сето, Осаму (19 января 2005 г.). «Космологическое решение проблемы гравитино в мире бран». Physical Review D . 71 (2): 023517. arXiv : hep-ph / 0407235 . Bibcode : 2005PhRvD..71b3517O . DOI : 10.1103 / physrevd.71.023517 . ISSN 1550-7998 . S2CID 119391278 .
- ^ де Гувеша, Андре; Морои, Такео; Мураяма, Хитоши (1997-07-15). «Космология суперсимметричных моделей с низкоэнергетическим калибровочным посредничеством». Physical Review D . 56 (2): 1281–1299. arXiv : hep-ph / 9701244 . Bibcode : 1997PhRvD..56.1281D . DOI : 10.1103 / physrevd.56.1281 . ISSN 0556-2821 . S2CID 15935292 .
- ^ М. Эндо Модули стабилизация и Модули-индуцированная гравитина Проблема разговор приведен в SUSY'06, 12 июня 2006
- ^ Такаяма, Фумихиро; Ямагути, Масахиро (2000). «Гравитино темная материя без R-четности». Физика Письма Б . 485 (4): 388–392. arXiv : hep-ph / 0005214 . Bibcode : 2000PhLB..485..388T . DOI : 10.1016 / s0370-2693 (00) 00726-7 . ISSN 0370-2693 . S2CID 17469058 .