Czy istnienie sterylnych neutrin wymaga istnienia innych cząstek?

Pytanie

Pyta Rafał

Skoro w Modelu Standardowym leptony występują parami (np. naładowany elektron wraz z odpowiadającym mu neutrinem), to czy modele postulujące istnienie czwartego, sterylnego neutrina zakładają też istnienie czwartego, sterylnego „elektronu”? Czy takie cząsteczki, zapewne masywne i bardzo słabo oddziałujące, byłyby dobrym kandydatem ma ciemną materię?

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

Uzupełnienie Modelu Standardowego (MS) o sterylne neutrino nie wymaga uzupełniania go o żadną inną cząstkę. Określenie „sterylny” oznacza w tym wypadku brak oddziaływania z bozonami cechowania MS. Zwykłe neutrina oddziałują z naładowanymi bozonami $W$, a to jest możliwe tylko dzięki istnieniu naładowanych leptonów. Sterylne neutrino nie podlega takiemu ograniczeniu.

Istnieją oczywiście modele postulujące istnienie nie tylko sterylnych neutrin, ale też innych cząstek, sterylnych lub nie. Na ogół konstruuje się te modele w taki sposób, aby wśród postulowanych cząstek istniała przynajmniej jedna, która mogłaby pełnić rolę ciemnej materii, tj. być stabilna i niezbyt silnie oddziaływać ze zwykłą materią. Gdybyśmy niczego więcej nie żądali, to skonstruowanie modelu z dobrym kandydatem na ciemną materię byłoby bardzo łatwe. Zwykle jednak oczekujemy, że proponowany model umożliwi wyjaśnienie w jaki sposób ciemna materia została wyprodukowana (w obserwowanej ilości) w pierwszych ułamkach sekundy po Wielkim Wybuchu. W tym kontekście atrakcyjnymi (choć nie jedynymi) kandydatami są masywne cząstki, które nie spełniają kryterium sterylności.