Maximilian Bayerlein

3 Das Neutrino als mögliche Lösung
Einer der ersten Gedanken die einem bei der Suche nach Dunkler Materie kommen
könnte ist ob vielleicht die Neutrinos die Effekte erklären könnten. Neutrinos
haben den “undisputed virtue of being known to exist” [1], also das wir sicher
wissen, dass sie existieren. Auch die Masse der Neutrinos ist noch nicht genau
bestimmt. Aber können Neutrinos die Effekte der Dunklen Materie vollständig
erklären? Die Antwort darauf ist nein, sie können es nicht. Zwar wissen wir
wie gesagt, dass Neutrinos existieren und zu mindest einen Teil der Dunklen
Materie ausmachen, doch wissen wir ebenfalls wie groß ihre Masse höchstens
sein kann, nämlich
mν < 2.05MeV
Die Energiedichte der Neutrinos lässt sich relativ leicht abschätzen
Ωνh 2 = � 3
i=1
mi
93eV
Damit ergibt sich für Neutrinos, dass Ωνh 2 ≤ 0.07 ist, was deutlich zu klein
ist für die Dichte der Dunklen Materie die auf ΩDM h 2 ≈ 0.3 gesetzt wird.
Die Dunkle Materie kann also unmöglich nur aus Neutrinos aufgebaut sein.
Man kann hier natürlich einwenden, dass man das Problem vielleicht mit einem
vierten Neutrinoflavour umgehen könnte, aber ein vierter Neutrinoflavour ist
weder einfacher noch physikalisch interessanter als andere Möglichkeiten. Und
da es einige Hinweise darauf gibt, dass es nur drei Neutrinoflavour gibt soll auf
diese Möglichkeit hier nicht näher eingegangen werden.
4 Das Axion
Das Axion wurde ursprünglich eingeführt um zu erklären warum in Prozessen
der starken Wechselwirkung keine CP-Verletzung auftritt. Es ist ein pseudo
skalares Partikel das nur mit Nucleonen, Elektronen und Photonen koppelt.
Seine Kopplung ist indirekt proportional zur Energieskala des Phasenübergangs
fa und seine Masse ist über
ma = 0.62eV 107 GeV
fa
mit der Energieskala des Phasenübergangs verknüpft. Nun um genau zu
sein müsste man zwei Axionen unterscheiden, das DFSZ und das KSZV. Von
einem DFSZ spricht man wenn das Axion direkt mit dem Elektron koppelt.
Interagiert das Axion aber indirekt oder in höherer Ordnung mit dem Elektron
ist das ein KSZV Axion. Diese beiden Axionen haben leicht unterschiedliche
Eigenschaften, so dass KSZV Axionen mit hoher Sicherheit als im Halo unserer
Milchstraße befindliche Teilchen ausgeschlossen werden konnten. Die Ergebnisse
hierfür liefert das Axion Dark Matter Experiment (ADMX).
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