暗物質粒子有可能是惰性中微子嗎？

01-05

上上周借著「悟空」首批科學成果發布的東風，我們搞了一場直播。裡面有個互動環節，這個問題就被翻牌了。

感謝知乎小夥伴，後續剪輯了這個片子。受限於直播的形式，比較簡短，我們正在請老師補充更多的詳細信息。

嘉賓：中國科學院國家天文台陳學雷研究員、中國科學院高能物理所畢效軍研究員做嘉賓

主持人：中國科學院國家天文台黎耕副研究員

當然有可能，只是機會不大。

我們知道正常的中微子都是參與弱作用的，由於目前中微子質量沒有定論，我們討論中微子和其他粒子不一樣：我們使用相互作用本徵態而不是質量本徵態。

也就是說一般的粒子是有固定質量的，而中微子不是，電子中微子就是只與電子反應的分量， $u_mu、 u_ au$ 定義也類似。

而惰性中微子是找不到那種和它相互作用的帶電輕子的，那麼我們怎麼看？

幸好有中微子振蕩，因為中微子是相互作用本徵態，從而不像質量本徵態那樣獨立傳播，走著走著就變形了。

對比電子，穩定的，不會變， $mu、 au$ 雖然會衰變，但衰變後就穩定了，不外加能量不會變回來。

那麼如果有惰性中微子，普通的中微子就會振蕩到惰性中微子，我們去測中微子振蕩，有一部分就會跑掉。

衡量振蕩的是PMNS矩陣，如果中微子只有三種，那麼這個矩陣 $3 imes3$ 就是完整的，於是他應該是幺正的，從而保證幾率守恆。

如果有惰性中微子，PMNS矩陣只是一個更大的幺正矩陣的一部分，那麼它不該是幺正的。

目前數據似乎PMNS矩陣幺正性還不錯。

當然惰性中微子是暗物質的話，和普通中微子質量差就很大，從而振蕩頻率也很大，可以看作疊加在原來振蕩上的一個高頻波動，也許是我們測量的時間太長把這個微小的變化抹平了。

這個假說是可以被驗證的。

假設暗物質由中微子構成，目前已知暗物質在太陽系中的密度以及中微子的質量上限。以此我們可以算出中微子的數密度下限。目前我們還知道中微子參與弱作用的散射截面。據此可以計算出，若暗物質由中微子構成，其對應弱作用反應的發生頻率。這可以在諸如SKNDE之類的大型中微子探測器上驗證。

這一類的觀測人們早就做過了。事實是，實驗中觀察到中微子在空間中的密度（假如不存在恆星、宇宙射線等輻射源）低到測不到。

@lonely hunter Of course.

Currently constraints on dark matter are:

Must be massive
it absorb/emit photons at rates much much less than normal matter
electrically neutral
non-dissipative
cold and relatively stable

Therefore, all hypotheses satisfying above requirements are probable, such as Axion (by introducing an additional spontaneously-broken symmetry, thus that is the Goldstone boson from this process), WIMP ( only participate weak interaction) and of course, sterile neutrino.

I will intentionally skip SUSY here, Maury Goodman said "no SUSY"..

我是覺得強行「設想」一種暗重子不靠譜。

既然中微子滿足暗物質的各種要求（如果有靜止質量的話），而且大爆炸的強子時代的正反強子湮滅一定會產生很多中微子。

最輕的中微子很可能是無法正反湮滅的，而重子即使不參與強力和電磁力，也能通過弱電作用湮滅成光子或者正反電子對吧。

測出中微子的數密度下限，再求反應頻率.

但是你測不到 Emoj ..

如果說是其中的一種的話當然有可能，但暗物質佔比重如此之大就不可能只是中微子這等質量極小的物質了