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문제 정의
- 하지만 이들 입자는 중성미자와 마찬가지로 검출기에 흔적을 거의 남기지 않기 때문에 오로지 부족한 수직운동량과 에너지에 의해서만 그 존재를 간접적으로 알 수 있다. 가벼운 그래비티노 또는 액시온이 LSP인 경우에는 LHC에서 만들어진 NLSP가 LSP와광자 또는 LSP와 타우 경입자로 붕괴하면서 그래비티노나 액시노 암흑물질 생성이 가능해 진다. 반면에 액시온은 전자나 핵자와의 상호작용이 너무 약하기 때문에 LHC에서 이들을 직접 생성할 수 없다.
- 그럼 어떤 입자들이 우주의 암흑물질이 될 수 있을지 알아보자. 우선 암흑물질은 빛을 내거나 흡수하지 않아야 하므로 전기 전하가 영이어야 하며, 그 수명이 우주의 나이 이상이거나 전혀 붕괴되지 않는 안정된 입자여야한다.
- 우선 현재 입자물리학에서 가장 각광을 받고 많이 연구되고 있는 초대칭 표준모형에서의 암흑물질을 살펴보자. 초대칭성이란 페리미온과 보존 사이의 대칭성으로서 스핀이 1/2만큼 차이가 나는 입자들 사이에 작용하는 시공간 대칭성의 일종이다.
- 지금까지 암흑물질의 발견과 입자물리학자들이 제안한 가능한 암흑물질의 종류, 그리고 그들 암흑물질들이 LHC에서 생성될 수 있는 가능성을 살펴보았다. 물론 LHC에서 암흑물질이 생성될 수 있다면 매우 다행스러운 일로서 가속기 물리학과 우주론의 시너지효과를 볼 수 있을 것이다.
- 우선 암흑물질은 빛을 내거나 흡수하지 않아야 하므로 전기 전하가 영이어야 하며, 그 수명이 우주의 나이 이상이거나 전혀 붕괴되지 않는 안정된 입자여야한다. 현재까지 연구된 입자물리에서의 암흑물질 후보입자들은 수십 가지에 이르는데 그 중에서도 비교적 상세히 연구되어온 몇 가지 암흑물질들을 소개해보자.
가설 설정
- 츠뷔키는 은하들의 회전속도를 연구하다가성단의 중심에서 아주 멀리 떨어진 은하의 속력이 거의 일정하게 유지된다는 것을 알게 되었다. 이를 설명하기 위해서 츠뷔키는 성단의 주위에 빛을 내지 않는 암흑물질이 차있다고 가정했다. 츠뷔키의 암흑물질 가설은 금세기 들어서야 비로소 WMAP을 비롯한 여러 관측에 의해서 완전히 검증되었다.
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