軽い暗黒物質
軽い暗黒物質(かるいあんこくぶっしつ、light dark matter)とは、天文学や宇宙論において、質量が1 GeV未満のWIMP暗黒物質を指す。これらの粒子は、温かい暗黒物質や熱い暗黒物質よりも重く、Massive Compact Halo Objects (MACHO)などの従来の形式の冷たい暗黒物質よりも軽い。
Lee-Weinberg限界によると、弱い相互作用を持つWIMPの質量は 2 {\displaystyle 2} GeV以上でなければならない。なぜなら;軽いWIMPほど対消滅断面積は ≈ m 2 / M 4 {\displaystyle \approx m^{2}/M^{4}} に比例して小さくなる。ここで m {\displaystyle m} はWIMPの質量、 M {\displaystyle M} はZボソンの質量である。これは軽いWIMPが重いWIMPよりもはるかに早く、したがって高温で「凍結」(相互作用が停止)することを意味する。軽いWIMPほど初期宇宙で豊富に生成されるため、これにより現在の残存WIMP密度が高くなる。もしWIMP質量が ∼ 2 {\displaystyle \sim 2} GeV 以下だとすると、WIMP残存密度が宇宙を覆い尽くしてしまう。
電弱スケール以下の新しい力を導入せずにこの限界を回避する方法もあるが、加速器実験(CERN、テバトロン)やB中間子の崩壊の観測によって否定されている。したがって、軽い暗黒物質モデルを構築するためには、新しい軽いボソンを仮定することが必要である。これにより、対消滅断面積が増加し、暗黒物質粒子の標準模型への結合が減少し、加速器実験との整合性が保たれる。