Por qué las partículas del modelo estándar no pueden ser partículas de materia oscura

Question

¿Estoy interesado en saber si alguna de las partículas en el modelo estándar podría ser un candidato potencial para la materia oscura?

Sé que no vemos la materia oscura, por lo tanto la materia oscura no interactúa electromagnéticamente, por lo tanto los leptones cargados y los fotones no pueden ser partículas de materia oscura.

La materia oscura también es estable, por lo tanto podemos descartar las partículas W, Z, H.

¿Pero qué pasa con los neutrinos, quarks y gluones?

Answer 1

Para una respuesta real, cada partícula tendría que ser discutida individualmente y eso podría llevar mucho tiempo.

Se ha propuesto que la materia oscura posiblemente sean neutrinos y, en muchos aspectos, la falta de interacción de los neutrinos los convierte en un buen candidato, ya que son esencialmente "oscuros" - aunque "invisibles" es quizás un término más preciso y los neutrinos vuelan a través de las cosas y no se agrupan, pero se piensa que la mayor parte de la materia oscura no son neutrinos debido a la temperatura, explicado con mucho más detalle aquí.

Los quarks individuales no son estables, necesitas 3 quarks para un barion, 2 para un mesón ver aquí el problema con los quarks siendo materia oscura es que hemos estudiado los quarks extensamente y tenemos una buena idea de cómo se comportan, prefiriendo asentarse en protones a temperaturas espaciales estándar o combinaciones de protones/neutrones y tenemos una buena idea de que la materia oscura no es simplemente hidrógeno. Entonces, en cuanto a los bariones siendo materia oscura, (ya que los mesones no son estables) eso probablemente es poco probable. Un poco más sobre eso aquí.

Curiosamente, los gluones constituyen gran parte de la masa de un protón y un neutrón, por lo que constituyen gran parte de la masa que experimentamos, pero los gluones interactúan entre quarks, por lo que es poco probable que los gluones "libres" individuales existan.

Creo que, hasta que se descubra la materia oscura, es imposible responder esto al 100%, pero (creo) que la materia oscura probablemente esté fuera del modelo estándar, aunque quizás alguien más inteligente que yo quiera intentar responder a esta pregunta.

Answer 2

Los quarks son inestables fuera de los hadrones. Los gluones transmiten la interacción fuerte entre los quarks, por lo que sin quarks no hay gluones. En cuanto a los neutrinos, las simulaciones por computadora del universo temprano muestran que la materia oscura era lenta mientras que los neutrinos son extremadamente rápidos (casi a la velocidad de la luz). Entonces, te preguntarás ¿de qué está hecha la materia oscura? La supersimetría podría ser la respuesta (en esta teoría, cada bosón tiene un fermión como superpareja y viceversa). En la supersimetría, las superparejas del fotón, gluón, bosón W y bosón Z son los neutralinos (un poco fotino, un poco gluino, un poco wino y un poco zino). El neutralino más ligero es estable, por lo que la materia oscura podría estar hecha del neutralino más ligero. Conclusión: La materia oscura no está hecha de ninguna partícula del modelo estándar.