最も軽い超対称粒子

素粒子物理学において、最軽量の超対称粒子（LSP ）は、超対称モデルで発見された追加の仮想粒子の中で最も軽いものに付けられた総称です。Rパリティ保存モデルでは、LSPは安定しています。言い換えれば、すべての標準モデルの粒子は反対のRパリティを持つため、LSPはどの標準モデルの粒子にも崩壊しません。宇宙の物質密度の追加成分については、暗黒物質と呼ばれる広範な観測的証拠があります。超対称モデルのLSPは暗黒物質の候補であり、弱く相互作用する巨大粒子（WIMP）です。 ^[1]

LSPは荷電ウィノ、荷電ヒッグスノ、スレプトン、スニュートリノ、グルーイノ、スクォーク、グラビティーノである可能性は低く、中性ヒッグスノ、バイノ、中性ウィノの混合物である可能性が最も高い^[2] 、つまりニュートラリーノである。特に、LSPが荷電されていた場合（そして銀河系内に豊富に存在する場合）、そのような粒子は地球の磁場に捕らえられ、重水素のような原子を形成しているはずである^[3] 。しかし、天然水中の異常な水素の探索^[4]では、そのような粒子の証拠は得られず、荷電LSPの存在に厳しい制約が課せられている。

暗黒物質粒子は電気的に中性でなければならない。そうでなければ光を散乱させ、「暗」ではない。また、ほぼ確実に無色である。 [ ^5] これらの制約により、LSPは最も軽いニュートラリーノ、グラビティーノ、または最も軽いスニュートリノである可能性がある。

• スニュートリノ暗黒物質は、直接検出実験によって測定された暗黒物質粒子と通常の物質との相互作用断面積の現在の制限のため、極小超対称標準モデル（MSSM）では除外されています。スニュートリノはZボソン交換を介して相互作用し、暗黒物質を構成しているなら今頃検出されているはずです。右巻きまたはステライルスニュートリノを含む拡張モデルは、相互作用断面積を下げることでスニュートリノ暗黒物質の可能性を再び開きます。^[6]
• ニュートラリーノ暗黒物質は有力な可能性です。ほとんどのモデルでは、最も軽いニュートラリーノは主にバイノ（ハイパー チャージゲージボソン場 B のスーパーパートナー）で、ニュートラルウィノ（弱いアイソスピンゲージボソン場 W ⁰のスーパーパートナー）やニュートラルヒッグスノがいくらか混ざっています。
• グラビティーノ暗黒物質は、超対称性の破れのスケールが 100 TeV程度と低い超対称モデルで考えられます。このようなモデルでは、グラビティーノはeV程度と非常に軽いです。暗黒物質としてのグラビティーノは、相互作用の強さが他の超対称暗黒物質候補よりもはるかに弱いため、スーパー WIMP と呼ばれることもあります。同じ理由で、初期宇宙での直接的な熱生成は、観測されている暗黒物質の豊富さを説明するには非効率的すぎます。むしろ、グラビティーノは、最も軽い粒子の 2 番目 (NLSP) の崩壊を通じて生成されるはずです。

余剰次元理論では、 LKP（最軽量カルツァ・クライン粒子）と呼ばれる類似の粒子が存在します。これらは余剰次元理論の安定粒子です。^[7]

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