Пширков М.С.
Описание курса:
Курс посвящен одной из самых важных нерешённых проблем современной фундаментальной физики – проблеме тёмной материи.
Целью является начальное знакомство студентов старших курсов и аспирантов с современным положением дел в области исследования тёмной материи и связанных областях астрофизики частиц. В первой части курса рассматривается всё многообразие наблюдательных свидетельств в пользу существования тёмной материи, от динамики галактик до космологических. Затем даётся обзор свойств различных кандидатов на роль тёмной материи. Большая часть курса посвящена современным методам поиска тёмной материи, как прямым, так и непрямым, по её астрофизическим проявлениям. Последняя часть курса затрагивает вопрос моделей, альтернативных модели тёмной материи, их свойств и проблем.
Модель тёмной материи является одним из краеугольных камней современной космологии, поэтому этот курс может быть полезен для учащихся, которые собираются специализироваться в этой области. Также этот курс может быть полезен в контексте исследования физики за пределами Стандартной модели – если тёмная материя состоит из частиц, то они должны описываться какими-то новыми моделями и исследование свойств тёмной материи поможет найти правильные модели.
План курса:
1-3. Историческое введение. Зачем нужна тёмная материя - кривые вращений, скопления галактик, крупномасштабная структура Вселенной.
4-6. Гало тёмной материи: образование, эволюция, профиль плотности. Эволюция соответствующих галактик. Гало Млечного пути и других галактик и скоплений. Численные симуляции (N-body). Core/cusp проблема. Гравитационное линзирование как средство исследования распределения тёмной материи.
7-9. Кандидаты на роль тёмной материи – от 10-21 до 10 21 эВ (прежде всего аксионы, стерильные нейтрино, WIMPs). Механизмы производства ТМ в ранней Вселенной, “чудо WIMP”. Альтернативные кандидаты – первичные чёрные дыры. MACHO и микролинзирование.
10-13. Поиски тёмной материи. Поиски на ускорителях. Прямые поиски. Непрямые поиски методами астрофизики частиц (гамма-, нейтрино, антиматерия, наблюдения на других частотах). Морфологические (J-фактор) и спектральные (линии) особенности, оптимальные стратегии поиска. Возможное влияние тёмной материи на эволюцию звёзд: остывание из-за аксионов, аннигиляция ТМ как источник энергии, влияние на астросейсмологию и т.д. Влияние на рекомбинацию и CMB.
14-16. Проблемы модели тёмной материи (недостаток спутников, нетривиальные поведения кривых вращения и т.д.). Альтернативы и объяснения – MOND, TeVeS, SIDM, барионная физика, меняющая профиль плотности гало ТМ. Проблемы альтернативных моделей и теорий.
