2024 TASI Lectures: A Dark Matter Primer
本讲义基于2024年TASI及帕多瓦大学的4场暗物质入门讲座,面向相关方向低年级研究生,介绍暗物质证据、产生机制及探测研究,为其现象学探索打基础。
2025-06-17 astro-ph.CO hep-ph
TASI lectures on Phase Transitions, Baryogenesis, and Gravitational Waves
该TASI讲义介绍了早期宇宙一阶相变、重子生成与引力波现象学,通过热场论计算假真空衰变率,结合Sakharov条件分析重子生成,并探讨一阶相变产生的引力波。
2023-09-15 astro-ph.CO hep-ph
TASI Lectures on Indirect Detection of Dark Matter
这些讲座,在TASI 2016年提出:在粒子物理学的下一个发现,提供了一些间接暗物质搜索的关键方法和工具的介绍。涵盖的主题包括估计暗物质信号,热冻结和相关的情况下,潜在的影响,暗物质湮灭对早期宇宙,模拟光子信号从湮灭或衰变,并简要和定性介绍宇宙射线的扩散传播。注释的后半部分给出了关于选定实验搜索的状态报告(大约2016年夏天),产生的约束和一些潜在的信号候选者。这些笔记旨在为研究生提供间接暗物质搜索的介绍,重点是信封背面的估计和有用的概念,而不是详细的定量计算。
2017-10-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Neutrinos in Astrophysics and Cosmology: Theoretical Advanced Study Institute (TASI) 2020 Lectures
我介绍了中微子质量和混合的早期宇宙的稠密环境和天体物理环境中的后果。热效应和物质效应的两个中微子形式主义的背景下进行审查,与方法的扩展到多个中微子。观测到的大中微子混合角对宇宙学轻子(或中微子)不对称性有最强的约束,而新的无菌中微子提供了丰富的可能的新物理,包括轻子不对称性的产生以及暗物质的候选者。本文还综述了宇宙微波背景和大尺度结构对中微子质量和能量密度的限制。最后,我回顾了X射线天文学如何成为中微子物理学的一个分支,在寻找千电子伏级的无菌中微子暗物质辐射衰变。
2021-03-23 astro-ph.CO hep-ph
TASI Lectures on Inflation
在一系列的五个讲座中,我回顾了暴胀宇宙学。我首先描述了弗里德曼-罗伯逊-沃克(FRW)宇宙学的初始条件问题,然后解释如何通货膨胀,早期的加速膨胀,解决这些问题。接下来,我将描述暴胀如何将微观量子涨落转化为宇宙结构形成的宏观种子。我提出了充分详细的标量和张量波动的原始谱著名的计算。然后,我定义的逆问题,从观测的宇宙微波背景波动提取信息的通货膨胀时代。目前的观测证据通货膨胀和未来的机会,通货膨胀的测试进行了讨论。最后,我通过对弦论中的暴胀的解释,回顾了将暴胀与基础物理联系起来的挑战。
2012-11-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
TASI Lectures on Indirect Searches For Dark Matter
在这些讲座中,我描述了各种努力,以确定或限制的身份暗物质通过检测这些粒子的湮灭或衰变产物,或其影响。在回顾了间接搜索的动机之后,我讨论了我们从伽马射线、宇宙射线和中微子的观测以及宇宙微波背景中了解到的关于暗物质的信息。诸如此类的测量已经被用来显著地限制大范围的热遗迹暗物质候选者,特别是那些质量低于几百GeV的暗物质。我还讨论了一些异常和过剩,已被解释为可能的信号的暗物质,包括银河系中心伽马射线过剩,宇宙射线反质子过剩,宇宙射线正电子过剩,和3.5千电子伏线。这些讲座最初是作为2018年理论高级研究所(TASI)暑期学校“数据时代的理论”的一部分。虽然打算为先进的研究生,这些讲座可能是有用的物理学家,天体物理学家和天文学家谁希望得到一个概述的间接搜索暗物质的现状广泛。
2018-12-05 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
TASI lectures on cosmological observables and string theory
这些讲座提供了一个最新的教学处理的理论结构和现象学的一些基本机制的通货膨胀,随着结构的宇宙隆起的全息对偶的概述。由于暴胀对量子引力效应的敏感性,包括反反应和非绝热产生大自由度,因此对这个问题的全面处理需要“紫外线完成”。宇宙学观测暗示了晚期宇宙的加速膨胀,并提供了越来越精确的约束和发现潜力的振幅和形状的原始张量和标量扰动,以及它们的一些关联函数。弦论的大部分背景都具有正势能,有着丰富但仍然高度受限的解。该理论包含了新的膨胀机制,其中一些受到了重要的观测检验。虽然详细的紫外线完成是无法通过实验获得的,但其中一些机制直接刺激了对与数据分析相关的低能理论和签名空间的更系统的分析,这对由于长时间演化(危险的不相关性)和大量数据而导致的膨胀能量标度以上的物理数量级敏感。这些讲座的部分内容以前出现在Les Houches 2013年的“后普朗克宇宙学”中。
2016-06-11 astro-ph.CO hep-th
TASI 2012 Lectures on Astrophysical Probes of Dark Matter
早期宇宙中的暗物质是如何产生的,与我们今天如何探测到它之间有什么联系?WIMP奇迹从何而来,它真的是一个“WIMP”奇迹吗?热遗迹的质量范围是多少?<σv>从何而来,又是什么意思?化学退耦和动力学退耦有什么区别?为什么有些人认为暗物质不可能轻于40 GeV?为什么b \bar b是一个如此受欢迎的湮灭终态?为什么反物质是寻找暗物质的好方法?为什么宇宙射线正电子分数应该随着能量而下降,而为什么不呢?如何计算天体中暗物质湮灭产生的中微子通量?什么时候中微子通量与暗物质对湮灭率无关?暗物质如何产生光子?阅读这些课堂笔记,做建议的10个练习,你会找到所有这些问题的答案(以及更多你一直想知道但又不敢问的关于暗物质的问题)。
2013-01-05 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
TASI Lectures on Cosmic Signals of Fundamental Physics
宇宙的历史和塑造它的力量被编码在宇宙的地图中。通过理解这些地图,我们获得了通过其他方式无法获得的对自然的洞察力。不幸的是,基础物理学和宇宙可观测量之间的联系往往留给专家(和/或计算机),使得许多粒子理论家对数据的一般性经验模糊不清。幸运的是,控制粒子相互作用的基本原理,如局部性和因果性,也控制着整个宇宙的演化和新物理学在数据中的表现。通过关注这些原理,我们可以更直观地理解下一代宇宙调查将如何为我们对基础物理学的理解提供信息。在这些讲座中,我们将通过三个例子探索理论和数据之间的关系:光遗迹($N_{\rm eff}$)和宇宙微波背景(CMB),中微子质量和CMB的引力透镜,以及原始非高斯性和星系分布。我们将讨论这些信号的理论基础和进行测量的现实障碍。
2022-12-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
TASI Lectures on the Particle Physics and Astrophysics of Dark Matter
这些关于暗物质(DM)的粒子物理学和天体物理学的讲义在TASI 2022“希格斯发现十年后:粒子物理学的现在和未来”上发表。“这些针对高级研究生和初级博士后水平的课堂讲稿的重点是间接的(即,天体物理学和宇宙学)粒子DM模型的探测器。虽然DM模型和间接检测广泛讨论,弱相互作用的大质量粒子(WIMP)和轴子的例子进行了详细的研究。所涵盖的主题包括:DM在宇宙学和结构形成的天体物理学中的作用,包括星系中DM密度分布,粒子DM模型的一般约束,最小DM理论,以higgsino作为相关和说明性的例子,伽马射线的间接探测,包括即将到来的切伦科夫望远镜阵列,轴子作为强CP问题的解决方案和DM候选者,包括可能的紫外线完成和轴子弦宇宙学的讨论,以及轴子的天体物理探测,如等曲率扰动,$N_{\rm eff}$,黑洞超辐射,射电望远镜,光谱调制,恒星偏振和恒星冷却等主题。本书提供了一些示例性的望远镜笔记本,引导读者进行相关的分析,其中包括一个示例性的统计分析,即利用费米大天区望远镜的伽马射线数据对Segue I矮星系进行DM湮灭搜索,这与费米银河系中心过剩的DM解释有关。我们还提供了粒子和天体粒子物理学的频率统计学的介绍。这些课堂讲稿是教学性的,重点是解释基本的物理原理和分析技术,这些技术将在未来十年的粒子DM搜索中发挥关键作用。
2023-03-03 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Lectures on Reheating after Inflation
本课堂讲稿提供了一个一般性的介绍,再加热后,通货膨胀,涵盖理论,现象学和观测方面的过程。
2019-07-09 astro-ph.CO
Lecture notes on inflation and primordial black holes
这些讲义是基于2021年在佛罗伦萨伽利略研究所的天体粒子物理学,宇宙学和引力学校的理论方面,https://agenda.infn.it/event/24368/。他们的目的是提供一个教学介绍和基本的工作知识,单场膨胀,包括超慢滚制度,其中扰动呈指数增长。这种快速增长与原始黑洞(PBH)的形成有关,PBH是一种特殊的暗物质候选者,也是早期宇宙初始条件的探测器。虽然有许多教科书和介绍性的文本关于通货膨胀,据我们所知,没有可比的介绍超慢卷通货膨胀。此外,鉴于它们最近的流行度激增,有许多关于原始黑洞的研究文章和评论,但这些笔记旨在让研究生和那些对这个话题陌生的人更容易获得。文中还介绍了与原始黑洞有关的计算中的一些问题和解决方法。这些讲义的读者应该能够计算出由超慢卷阶段的单场暴胀结束时留下的密度涨落产生的原始黑洞的现今丰度,并理解这种丰度与当前观测限制的比较。
2021-12-10 astro-ph.CO
Lectures on Inflation
探索宇宙的起源?一个轻量级的通货膨胀理论的入门指南。
2016-09-02 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Three Advanced Lectures on Inflation
University of Southern Denmark(南丹麦大学)
本文是2024年Nordita冬季学校关于暴胀的讲座笔记,涵盖原初暴胀理论、慢滚暴胀/准德西特时空的线性和非线性扰动理论。
2026-06-04 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Les Houches lectures on inflationary observables and string theory
这些讲座涵盖了通货膨胀的一些基本机制的理论结构和现象学。由于暴胀对量子引力效应的敏感性,对这个问题的全面处理需要“紫外线完成”,同时使用低能场论对可观测量进行了优雅的参数化。弦论为暴胀提供了新的机制,其中一些受到重要的观测测试,高度紫外敏感的张量模式测量就是一个主要的例子。虽然紫外线的完成是不能直接通过实验获得的,但其中一些机制有助于激发对与数据分析相关的低能理论和特征空间进行更系统的分析,包括搜索功率谱中的非高斯性和附加结构。我们包括弦紧化的教学概述,重点是候选的膨胀子和它们的对称结构。在最后一课中,我们讨论了暴胀中的思想-实验观测量问题,发展了依赖于弦论中标量势结构的规范-引力对偶性的一般化。
2013-11-10 astro-ph.CO hep-th
Lecture notes on non-Gaussianity
我们讨论了如何原始的非高斯的曲率扰动有助于约束早期宇宙的模型。观测结果与高斯初始条件一致,与最简单的暴胀模型的预测相一致。偏差被限制在低于百分之一的水平,约束替代模型,如具有多个场、非规范动力学项或打破慢滚条件的模型。我们介绍了一些最重要的通货膨胀模型,产生非高斯扰动,并提供实用的工具,如何计算的三点关联函数的一个流行的类非高斯模型。总结了该领域的现状,并给出了展望。
2014-11-25 astro-ph.CO
Lectures on inflation and cosmological perturbations
这些讲座的目的是给一个教学介绍通货膨胀和生产的原始扰动,以及审查的一些最新发展,在这一领域。在简短的介绍之后,我们回顾了热大爆炸模型的主要原理,以及它的局限性。这激发了对慢滚动标量场引起的宇宙暴胀的研究。然后,我们转向宇宙学扰动的分析,并解释真空量子涨落如何在暴胀阶段被放大。下一步是将暴胀过程中产生的扰动与辐射主导阶段宇宙流体的扰动联系起来。这些讲座的最后一部分给出了更一般的暴胀模型的审查,涉及多个领域或非标准的动力学条款。虽然这些模型更复杂,但它们通常是由高能物理激发的,它们可以导致在最简单的暴胀模型中无法预期的特定特征。在介绍了一个非常一般的形式主义来描述扰动的多场模型与任意的动力学条款,几个有趣的情况下。我们还强调熵扰动的多场模型的背景下的作用。最后,我们详细讨论了原始微扰的非高斯性和一些可能产生可检测水平的非高斯性的模型。
2010-01-28 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Lectures on classical and quantum cosmology
这些课堂讲稿向读者介绍了热大爆炸模型,宇宙学扰动,引力波,宇宙微波背景,膨胀,奇点问题,宇宙学常数问题和量子引力的宇宙学。
2022-08-16 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Intro to Effective Field Theories and Inflation
这些笔记介绍了$Λ$ CDM宇宙学及其可能的暴胀前兆,重点是有效场论在其分析中的一些方法。目标受众是粒子物理学的研究生,例如参加讲座(为Les Houches暑期学校准备,粒子物理学和宇宙学中的有效场论,2017年7月)。
2017-11-28 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmic Inflation: Background dynamics, Quantum fluctuations and Reheating
本文讲义教学性地介绍暴胀宇宙学,涵盖背景标量场动力学、暴胀期间量子涨落产生原初扰动及单场范式下暴胀后的再加热过程。
2024-03-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Higher Curvature Supergravity, Supersymmetry Breaking and Inflation
在这些讲座中,在简短介绍宇宙学之后,我们讨论了更高曲率暴胀模型的超引力嵌入。这种模型的超重力描述的两个不同的最小超重力的配方。
2014-10-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmology of the Very Early Universe
在这些讲座中,我专注于早期宇宙模型,可以解释目前观察到的大尺度结构。我首先对暴胀宇宙学进行了概述,暴胀宇宙学是理解我们今天所观察到的宇宙起源的当前范式。我将讨论暴胀宇宙学的一些进展和问题,然后再描述两种可供选择的方案--物质反弹和弦气体宇宙学。所有早期的宇宙模型都通过宇宙学扰动的演化与观测相联系--这个主题将在这些讲座中详细讨论。
2010-03-08 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
An introduction to inflation after Planck: from theory to observations
这些课堂讲稿是为第X莫达夫数学物理学院讲授的关于普朗克和BICEP 2之后暴胀状态的简短入门课程而写的。第一个目标是给出暴胀理论的概述:动机,均匀标量场动力学,慢滚近似,宇宙学扰动的线性理论,单场势的分类及其可观测的预测。这包括任何有效的单场势的原始标量和张量功率谱的教学推导。第二个目标是介绍普朗克和BICEP 2的最新结果,并讨论它们对通货膨胀的影响。贝叶斯统计方法被引入作为模型分析和比较的工具。根据马丁等人最近的工作,介绍了Planck和BICEP 2之后的最佳暴胀模型。最后,一系列开放的问题和有关通货膨胀的问题被提及,并简要讨论。
2015-01-02 astro-ph.CO gr-qc hep-th