Lightest supersymmetric particle

Das (bislang hypothetische) LSP ist das leichteste supersymmetrische Teilchen, das lightest supersymmetric particle in der Supersymmetrie. Es hat die für supersymmetrische Teilchen charakteristische R-Parität $P_R\, =\, -1$. In Modelltheorien, in denen die R-Parität bei Wechselwirkungsprozessen erhalten ist, hat es daher folgende Eigenschaften:

• Dieses Teilchen muss absolut stabil sein. Der Grund ist, dass es kein leichteres Teilchen gibt, in das es zerfallen kann und wegen der R-Paritätserhaltung ein Zerfall nur in gewöhnliche Materie (mit R-Parität + 1) ausgeschlossen ist.
• jedes andere supersymmetrische Teilchen muss früher oder später in eine ungerade Anzahl von LSP zerfallen,
• in Teilchenbeschleunigern wird man (wenn überhaupt) nur eine gerade Anzahl erzeugen können.

Das LSP ist ein viel diskutierter möglicher Kandidat für ein die Dunkle Materie bildendes WIMP (schwach wechselwirkendes massives Teilchen).

Es gilt als unwahrscheinlich, dass das LSP an der starken Wechselwirkung (als Träger von Farbladung) oder der elektromagnetischen Wechselwirkung teilnimmt, da es sonst während der Materie-Entstehung im frühen Universum mit der gewöhnlichen Materie kondensiert wäre und wegen seiner großen Masse schon entdeckt worden wäre. Beispielsweise existieren enge experimentelle Grenzen für die Häufigkeit schwerer Isotope. Norman und Koautoren (1987)^[1] geben eine obere Grenze der Häufigkeit solcher negativ geladener „superschwerer“ Isotope von $1,2 \,\cdot 10^{-12}$ pro Nukleon. an. Für die relative Häufigkeit der LSPs im Vergleich zur Häufigkeit des Protons ergibt sich nach Ellis und Flores (1988) für den Massenbereich der LSPs von 1 bis 10⁷ GeV ein oberer Grenzwert von 10 ^{− 15} bis 10 ^{− 30[2]}. Bei Teilnahme an der starken Wechselwirkung würde man aber Werte von 10 ^{− 10} und bei Teilnahme an der elektromagnetischen Wechselwirkung von 10 ^{− 6}erwarten.

Es bleiben die hypothetischen supersymmetrischen Teilchen Sneutrino (der Superpartner des Neutrinos), Neutralino und Gravitino als Kandidaten.

Das Sneutrino des gewöhnlichen MSSM scheidet schon nach bisherigen Experimenten (Z-Boson-Zerfallsbreite am LEP) aus^[3], wird aber noch in einigen erweiterten Modellen als Möglichkeit diskutiert: das sterile Sneutrino (Superpartner des sterilen oder rechtshändigen Neutrinos).

Gravitinos als LSP führen zu kosmologischen Problemen. Ihre Wechselwirkung mit gewöhnlicher Materie ist zu schwach, um für die beobachtete, im frühen Universum thermisch erzeugte dunkle Materie in Frage zu kommen. Es wäre aber möglich, das sie das letzte Zerfallsprodukt von damals erzeugten anderen supersymmetrischen Teilchen sind, die Suche gilt dann den NLSP (next to lightest supersymmetric particles).

Als favorisierter Kandidat gilt zur Zeit das leichteste Neutralino $\tilde N_1$ (auch als $\tilde \chi_1^0$ bezeichnet), also eine Mischung aus verschiedenen Superpartnern neutraler Eichbosonen (also Gauginos, genauer Bino und Wino⁰) und - ebenfalls neutraler - Higgsteilchen (also Higgsinos).

Die Particle Data Group gibt 2006 als experimentelle untere Grenze für die Neutralinomasse 46 GeV an^[4].

Literatur

• Klapdor-Kleingrothaus, Zuber Teilchenastrophysik, Teubner Verlag 1997, S.100
• Klapdor-Kleingrothaus, Staudt Teilchenphysik ohne Beschleuniger, Teubner Verlag 1995, S.437

Anmerkungen und Quellen

1. ↑ Eric Norman, Stuart Gazes, Dianne Bennett Searches for supermassive X ⁻ -particles in iron, Physical Review Letters, Bd.58, 1987, S.1403-1407, Abstract
2. ↑ John Ellis, R. Flores Realistic predictions for the detection of supersymmetric dark matter, Nuclear Physics B 307, 1988, S.883-908
3. ↑ Ebenso im „constrained“ MSSM, Thomas Hebbeker Can the S-Neutrino be the lightest supersymmetric Particle ?“, Physics Letters B 470, 1999
4. ↑ PDG, siehe pdf-Datei Searches (Supersymmetry, Compositeness), die Joint LEP2 Supersymmetry Working Group, Aleph, Delphi, L3 and Opal Experiments gibt 47 GeV an