¿Los neutrinos son materia oscura?

No.

Los neutrinos no han sido materia oscura viable desde la década de 1980. Sabemos cuánta materia oscura hay en nuestra galaxia. A nuestro alrededor, la densidad de masa de la materia (masa por unidad de volumen) es [matemática] 0.4 \ text {GeV} / c ^ 2 / \ text {cm} ^ 3 [/ math] y.

Sabemos que los tres neutrinos tienen una masa menor que [math] 1 \ text {eV} / c ^ 2 [/ math].

Además, sabemos que los neutrinos son fermiones.

Esto significa que la densidad numérica que nos rodea es

[matemáticas] n = 0.4 \ veces 10 ^ 9 / \ text {cm} ^ 3 [/ matemáticas]

El problema es que los neutrinos son fermiones y existe el principio de exclusión de Pauli y esto hace que los neutrinos tengan que moverse rápidamente para llenar el espacio. Esto se llama la velocidad de Fermi. Puedes resolver esto fácilmente con la energía de Fermi [1]

[matemáticas] \ displaystyle v_F = \ frac {\ hbar} {m} \ left (3 \ pi ^ 2 n \ right) ^ {\ frac {1} {3}} = 13500 \ text {km / s} = 0.04 c. [/ matemáticas]

Entonces, si los neutrinos fueran materia oscura, viajarían un 4% de la velocidad de la luz. Desafortunadamente, la materia oscura necesita ser menos de 300 km / s en promedio. La forma en que sabemos esto es que la materia oscura rápida interrumpe la formación de la estructura y la elimina. Entonces las galaxias no se habrían formado de la manera que lo hicieron. Por eso decimos que necesitamos Cold Dark Matter en lugar de Hot Dark Matter. Hot Dark Matter está excluido y los neutrinos son una forma de Hot Dark Matter.

Cuando los neutrinos podían tener 1 keV / c ^ 2 en masa, los neutrinos podían haber sido materia oscura y, posiblemente, el principal candidato para ello. Por un corto tiempo, hubo indicios de un neutrino de 17 keV / c ^ 2 y esto habría sido casi ideal para la materia oscura. Esta anomalía desapareció y hemos reducido los límites de la masa de neutrinos por debajo de 1 eV.

Hay un componente reliquia de los neutrinos, que representan una fracción del presupuesto energético del Universo. Podemos calcular cuántos de ellos deberían estar alrededor del Modelo Estándar. Constituyen una porción bastante pequeña de la densidad de energía del Universo. Si sus masas están cerca del extremo inferior del rango permitido (lo cual es probable), alrededor de [matemáticas] 1 \ text {meV} / c ^ 2 [/ matemáticas], entonces se están volviendo no relativistas hoy y se están convirtiendo en un forma de densidad de masa, mientras que antes eran una forma de radiación. Esto los convierte en una forma de materia oscura cálida que constituye una pequeña fracción de la materia oscura actual.

Entonces fue una buena idea, pero esa idea está excluida. Bienvenido a la física de partículas. Hay muchas posibilidades y grandes ideas, simplemente sabemos mucho sobre el Universo y excluye la mayoría de esas posibilidades. Conozca todas las limitaciones de las diferentes ideas y encuentre posibilidades que funcionen con todas ellas.

Notas al pie

[1] Fermi energy

No. Se pensaba que los neutrinos eran materia oscura. Pero después de una investigación experimental, los científicos han concluido que los neutrinos no son materia oscura.

Los científicos concluyeron que la materia oscura es el tipo de materia no identificada que constituye el 27% del universo observable.

Este 27% no tiene en cuenta la energía oscura, los neutrinos o la materia bariónica. La energía oscura es completamente diferente. Es algo responsable de la expansión exponencial del espacio.

Un neutrino es un fermión (partícula elemental con espín entero medio) que interactúa solo a través de la débil fuerza subatómica. Es neutral. No se ve afectado por el campo electromagnético porque su masa en reposo es cero. Debido a su pequeña masa (menos de aproximadamente 1 eV), los neutrinos convencionales son demasiado rápidos o calientes para formar las densas estructuras de materia oscura necesarias para mantener unidas las galaxias y los cúmulos de galaxias.

No. No son iguales en ningún nivel.
Los neutrinos son partículas eléctricamente neutras y de interacción muy débil. Contiene algo de masa también.
Hay una hermosa instalación ubicada debajo del monte Kamioke, conocida como super kamiokande, que es capaz de detectar con éxito los neutrinos, por lo que los neutrinos son partículas confirmadas. Por otro lado, la materia oscura sigue siendo teórica, su existencia no está probada experimentalmente. La materia oscura no emite ningún tipo de radiación que pueda detectarse.

A diferencia de las otras respuestas, que se basan en la teoría actual, diré que los neutrinos constituyen una parte sustancial de la materia oscura. La teoría actual limita la masa de neutrinos debido a su capacidad de viajar a la velocidad de la luz o cerca de ella, pero la teoría cuántica actual está equivocada. La teoría de las ondas ultravioletas da masa a todas las partículas de energía a través del simple proceso de que todas las partículas viajan a la velocidad de la luz, algunas solo lo hacen en círculos, por lo que parecen estar en reposo. Hay dos movimientos primarios en el universo que son constantes e inmutables y esos son la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de ultra ondas de 8.9359E + 16 m / s. Todos los demás movimientos son secundarios basados ​​en la relación entre las partículas de materia giratoria. Una vez que comprenda este simple hecho, es fácil entender cómo la materia y la energía se convierten de un lado a otro, por qué las partículas parecen tener un componente de onda y por qué parecen revolotear como si fueran vagabundos.

La materia oscura está compuesta de fotones, que están hechos de electrones y múltiplos de electrones, y neutrinos. El universo ha estado escupiendo estos dos tipos de partículas desde que comenzó. No es de extrañar que parezca que hay mucha masa oculta entre las estrellas observables, eso es porque la hay. También es la razón por la que no vemos ninguno en la vecindad local, nadie está buscando lo que se supone que son partículas sin masa.

Los neutrinos fueron, en un momento, un candidato para la materia oscura, pero han sido descartados [1], por dos razones principales:

  1. No hay suficientes neutrinos.
  2. Si la materia oscura fuera neutrinos, esos neutrinos habrían estado viajando a casi la velocidad de la luz durante el período de tiempo en el que se sembraron la mayoría de las estructuras a gran escala del Universo (galaxias, etc.). En lugar de agruparse, lo que sería necesario para sembrar esas estructuras, volarían por todo el lugar, por lo que no tendríamos galaxias hoy.

Para obtener más detalles, no dude en consultar la respuesta de Erik Anson a ¿Qué es la materia oscura ?, parte de la cual es relevante para esta pregunta.

[1]: Cuando digo “descartado”, quiero decir que sabemos que no son el tipo dominante de materia oscura, que es lo que la mayoría de las personas quieren decir cuando dicen que están tratando de “detectar directamente la materia oscura”. Sin embargo, ciertamente constituyen una pequeña fracción, pero no lo suficiente como para estropear la formación de galaxias.

Pueden representar algún porcentaje del componente de materia oscura, pero la gran mayoría de la materia oscura definitivamente no son neutrinos. Una de las cosas más importantes sobre la materia oscura es que comienzan a colapsar temprano en la historia del universo, sembrando las estructuras que vemos hoy en todo el universo. Los neutrinos, que son muy ligeros y viajan casi a la velocidad de la luz, no podrían haberse colapsado en estos primeros tiempos.

Es posible que algo de Dark Matter sea neutrinos fríos. Se espera que uno de cada sabor de neutrinos, sumado, sea 18 eV de masa en reposo. Entonces eso deja un GRAN problema, si esperas hacer todos los Dark Matter … neutrinos. No hay suficiente, lo suficientemente frío como para permanecer en órbita con la materia, para ser lo suficientemente masivo como para ser todo materia oscura.

Entonces, “ Algunas materias oscuras pueden ser neutrinos fríos. Pero la mayoría de los neutrinos producidos en los últimos 13.800 millones de años todavía son demasiado “calientes” para permanecer en órbita. Solo los primeros instantes después del Big Bang han procesado productos secundarios lo suficientemente refrigerados como para permanecer en órbita con las colecciones de materia. Simplemente no es suficiente para ser TODO de Dark Matter.

De hecho, los neutrinos han sido considerados como candidatos a la materia oscura durante muchas décadas. Sin embargo, los límites superiores de la masa de neutrinos limitan la fracción de materia oscura que puede estar en forma de neutrinos. Además, los neutrinos alteran la forma en que se forman las estructuras a gran escala en el universo, por lo que incluso un hipotético neutrino masivo no sería un candidato adecuado para toda la materia oscura. Pero es muy posible, de hecho probable, que un pequeño porcentaje de la materia oscura se deba a los neutrinos. ¿Cuán pequeño? Lo sabremos una vez que sepamos qué son las masas de neutrinos, y en particular, una vez que sepamos qué sucede con los neutrinos diestros.

No son los 3 neutrinos regulares. Pero hay otro tipo de neutrino que se postula, pero no está probado, y se conoce como el neutrino estéril.

Se considera un candidato líder para la materia oscura.

Ver más aquí:

Nueva pista de materia oscura vista en la búsqueda de neutrinos

Y aquí:

https://www.mpi-hd.mpg.de/lin/ev

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