Dark Matter in Astro and Particle Physics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Klapdor-Kleingrothaus, H. V. (EDT)/ Arnowitt, R. (EDT)

出品人:

页数:665

译者:

出版时间:

价格:3003.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9783540263722

丛书系列:

图书标签:

• 暗物质
• 天体物理学
• 粒子物理学
• 宇宙学
• 暗物质探测
• 引力
• 标准模型
• 超对称
• 轴子
• WIMP

好的，以下是一份关于一本名为《宇宙深空与粒子物理中的暗物质》的图书的详细内容简介，内容将围绕暗物质在天体物理学和粒子物理学中的研究进展展开，但不会包含你提供的书名中已有的信息。 --- 书名：宇宙深空与粒子物理中的暗物质 作者：[此处留空，或填写虚构作者名] 出版日期：[此处留空，或填写虚构日期] 内容简介： 本书深入探讨了当代宇宙学和高能物理学领域最引人入胜且最具挑战性的课题之一：暗物质的本质及其在宇宙演化中所扮演的关键角色。本书旨在为具有一定物理学基础的读者提供一个全面、前沿的视角，涵盖从理论构建到实验探测的多个维度，揭示我们如何试图揭开覆盖宇宙物质总质量约85%的“隐形面纱”。 第一部分：宇宙学背景与暗物质的引力证据 本书的开篇首先确立了暗物质在标准宇宙学模型（$Lambda$CDM 模型）中的核心地位。我们将详尽回顾支持暗物质存在的关键观测证据，这些证据并非源自粒子探测，而是来自宏观尺度上的引力效应。 1. 早期宇宙的印记：宇宙微波背景辐射（CMB） 我们将详细分析来自普朗克（Planck）和WMAP等任务的CMB观测数据。这些数据不仅为我们描绘了宇宙极早期（约38万年）的温度涨落图景，更重要的是，它们提供了关于宇宙物质密度的精确约束。通过分析CMB的功率谱，特别是声子峰的位置和高度，本书将阐释普通物质（重子）与暗物质的相对丰度是如何被精确测定的。我们将探讨暗物质如何作为引力势阱的骨架，引导早期宇宙中物质的聚集，从而为后来的结构形成奠定基础。 2. 星系动力学：看不见的质量 本书随后转向对星系尺度的考察。我们将深入解析旋转曲线问题，这是最早提出暗物质需求的主要论据之一。通过考察螺旋星系的旋转速度随半径的变化，本书将展示，仅凭可见恒星和气体无法解释星系边缘区域的观测速度。我们将系统梳理各种星系动力学模型，包括金斯方程的应用，以及如何利用开普勒定律的扩展来推断星系晕的质量分布。 3. 尺度更大的结构：星系团与引力透镜 在更大的尺度上，本书将聚焦于星系团的动力学和引力透镜效应。对于星系团，我们将讨论维里里定理（Virial Theorem）在估计团簇总质量中的应用，并辅以对星系团内部X射线气体分布的分析。引力透镜，作为一种纯粹的几何效应，为我们提供了对物质分布的独立测量。本书将区分强引力透镜、弱引力透镜以及微透镜现象，并详细解释如何利用背景星系图像的畸变来重建前景大质量天体（即暗物质团簇）的密度分布。特别是，我们将深入剖析“子弹星系团”（Bullet Cluster）的观测，该观测被视为暗物质存在的“确凿证据”，因为它清晰地分离了普通物质（热气体）和引力源（暗物质）。 4. 宇宙大尺度结构与暗物质的模拟 最后，在宇宙学部分，我们将探讨暗物质在塑造现代宇宙大尺度结构中的决定性作用。本书将回顾数值模拟的进步，特别是N体模拟（N-body simulations）如何成功复现了我们今天观测到的星系、星系团和空洞的网络结构。通过对比模拟结果与红移巡天数据（如Sloan Digital Sky Survey），本书将强调冷暗物质（CDM）模型的成功之处，同时也指出其在“小尺度问题”（如“缺失的卫星星系”和“核球过度密度”）上的挑战。 第二部分：暗物质的粒子候选者与探测前沿 在确立了暗物质的物理需求之后，本书的第二部分转向粒子物理学领域，探讨构成暗物质的潜在粒子是什么，以及科学家们正在如何尝试直接或间接地探测它们。 1. 理论模型：从WIMP到轴子 本书将概述当前主流的暗物质候选者模型。我们将从最经典的弱相互作用重粒子（WIMP）概念出发，探讨其在超对称性理论（SUSY）中自然产生的可能性，如中性子（Neutralino）。然后，我们将转向更加轻盈的候选者，例如轴子（Axion），讨论它们起源于解决强CP问题的需求，以及它们如何成为低能、高密度暗物质的来源。此外，我们还将简要涉及更奇异的理论，例如惰性中微子（Sterile Neutrinos）或原初黑洞的暗物质贡献，并讨论它们的观测约束。 2. 直接探测：地下的守株待兔 直接探测实验的目标是捕捉暗物质粒子与普通物质原子核之间的极微弱碰撞。本书将详细介绍当前和下一代直接探测器的设计原理和挑战。我们将探讨基于液态氙（如XENONnT、LZ）和液态氩（如DEAP-3600）的探测技术，这些技术依赖于测量碰撞产生的闪烁光和电离信号。本书将分析背景抑制的关键技术（如层状屏蔽、脉冲形状鉴别），并讨论探测器灵敏度的极限及其与WIMP相空间的关系。 3. 间接探测：宇宙的“死亡之吻” 间接探测致力于寻找暗物质粒子在自身湮灭（如$Xar{X} o ext{标准模型粒子}$）或衰变过程中产生的可观测信号。本书将重点分析伽马射线、反物质（如反质子和正电子）以及中微子信号。我们将讨论如何利用费米-伽马射线空间望远镜和切伦科夫望远镜阵列（CTA）来搜索来自星系中心或矮星系团的过量信号。同时，本书也将探讨中微子天文学（如IceCube）在探测高能暗物质湮灭迹象方面的潜力。 4. 生产与碰撞：加速器中的搜寻 最后，本书将审视在高能粒子加速器中重现暗物质粒子产生的努力。在大型强子对撞机（LHC）等设备中，暗物质的产生通常表现为“缺失的能量和动量”。我们将解释如何设计和分析对撞实验来识别这种“看不见的”产物，并讨论未来对撞机（如更高能级的环形对撞机）在探索更高质量暗物质领域中的前景。 结论：未竟的旅程 全书的总结部分将聚焦于暗物质研究的交叉性质。我们将强调天体物理观测与粒子物理实验之间日益紧密的联系。本书将以对当前悬而未决问题的审视作结，包括暗物质的质量谱、它是否具有非引力的相互作用，以及最终，我们如何构建一个超越标准模型的、统一的粒子物理图景。本书旨在激励读者关注这一跨学科领域的最新突破，认识到我们正处于揭示宇宙基本构成的关键时刻。 ---

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