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 Dark Matter Physics
旋转曲线的测量提供了第一个强有力的迹象，表明宇宙中有相当一部分物质是非重子的。从那时起，在寻找这种缺失物质的理论和实验方面都取得了巨大的进展，我们现在知道它构成了宇宙物质密度的近85%。这些系列讲座首次在TASI 2015暑期学校举行，介绍了暗物质物理学的基础知识。他们是面向高年级本科生或研究生有兴趣从事高能物理研究。主要目标是建立一个了解如何观测约束的假设，可以作出关于天体和粒子物理性质的暗物质。讲座开始描绘的基本假设，可以推断有关暗物质的旋转曲线。下面将详细讨论热暗物质，激发弱相互作用大质量粒子，以及更轻质量的替代品。作为这些概念的应用，本文详细讨论了直接和间接探测实验的现象学。
2016-08-08 astro-ph.CO hep-ph
Lectures on Dark Energy and Cosmic Acceleration
十年前宇宙加速膨胀的发现确立了目前的宇宙学模型，其中宇宙由4%的重子，20%的暗物质和76%的暗能量组成。然而，宇宙加速的根本原因仍然是一个谜：它可能来自暗能量的排斥引力-例如，真空的量子能量-或者它可能标志着广义相对论在宇宙学尺度上崩溃，必须被取代。在这些讲座中，我提出了宇宙加速的观测证据，以及它所揭示的关于暗能量的信息，讨论了一些已经提出来解释加速的理论观点，并描述了我们希望在未来几年内揭示这个谜团的关键观测探测器。
2009-04-12 astro-ph.CO
Cosmology
在这些讲座中，我们首先集中讨论宇宙学问题，希望这些问题与LHC将要探索的新物理学有关：暗物质的性质和起源以及物质-反物质不对称性的产生。我们给出了几个例子，显示LHC的宇宙学潜力。它们是作为冷暗物质的WIMP，作为暖暗物质的引力子，以及作为产生物质-反物质不对称性的机制的电弱重子生成。在讲座的其余部分，我们讨论了宇宙学扰动作为研究宇宙学演化的常规热阶段之前的时代的工具。
2015-04-14 astro-ph.CO
Cosmological Perturbation Theory
宇宙学扰动理论的简短教学概述，在2012年8月举行的巴西宇宙学学校期间给出的讲座之后。处理的主题是：一。背景二。SVT分解和量规问题。三.张量模式的例子。四.密度涨落、传递函数和功率谱。V.初始条件理论：量子真空涨落。
2013-03-14 astro-ph.CO
Lectures on the Cosmological Constant Problem
这些讲座上的宇宙学常数的问题是准备为X墨西哥学校的引力和数学物理。问题本身的详细解释，强调辐射不稳定性的重要性，并需要反复微调，因为我们改变我们的有效描述。温伯格的不去定理是详细工作通过。我回顾了一些建议，包括林德的宇宙倍增，科尔曼的虫洞，脂肪引力子，和SLED，仅举几例。大距离修改重力也进行了讨论，因果关系的考虑指向全球修改是最明智的选择。全球性质的宇宙学常数的问题也被强调，因此，螯合的情况下进行了详细的审查，证明取消标准模型真空能量通过全球修改广义相对论。
2015-02-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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
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
Introduction to dark matter experiments
这是2009年6月在理论高级研究所（TASI-09）提出的一套四个讲座。我提供了一个介绍，旨在直接检测WIMP暗物质的实验，重点是建立直观的理解潜在的WIMP信号和实验技术的特点。在推导出标准WIMP模型的直接检测实验中潜在信号的特征后，我总结了大多数直接检测实验所共有的一般实验方法，并回顾了这种搜索的优势、挑战和现状（截至2009年底）。实验已经在探索超对称性模型，自旋无关耦合的最佳极限低于10^-7 pb。
2011-01-27 astro-ph.CO hep-ex nucl-ex
Lectures on Screened Modified Gravity
宇宙膨胀的加速导致了暗能量模型的建立，其中光标量场的范围可能达到宇宙学尺度。屏蔽机制使这些模型能够避开太阳系和实验室中严格的引力测试。我将简要地回顾一些显着的特点，筛选修改的重力模型的变色龙，变色龙或变色龙类型使用$f(R)$重力作为模板。
2012-11-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A Taste of Cosmology
这是两个讲座的摘要，旨在概述宇宙学。我不会试图在推导中过于严格，也不会给出完整的历史概述。这个想法是提供一个宇宙学的“味道”和它所涵盖的一些有趣的主题。标准的宇宙学模型，我强调宇宙学在过去十年左右的成功。标准宇宙学模型发展的关键是对宇宙微波背景和大尺度结构的观测。同时也讨论了暴胀和暗能量以及对未来的展望。讲座的幻灯片可从学校网站：physicschool.web.cern.ch/PhysicSchool/CLASHEP/CLASHEP2011/。
2015-04-22 astro-ph.CO gr-qc
