暗物质寻找的研究
发布时间：2023-03-24 04:38
现代天文学和宇宙学的观测证实宇宙中存在大量的非重子暗物质,其质量约占宇宙物质总质量的85%。冷暗物质宇宙模型ACDM可以成功地模拟宇宙大尺度结构,但是难以再现星系尺度和亚星系尺度的观测结果。为了解决标准模型所面临的正反物质不对称、层级结构等问题,人们提出了多种超标准模型,例如超对称模型、额外维模型和最小希格斯模型等,这些新模型也可以给出满足暗物质特征的候选粒子。当前,对暗物质基本性质的研究已经成为粒子物理和宇宙学的重要研究课题之一。本论文主要基于暗物质的直接探测和对撞机探测来研究暗物质的相关问题。暗物质直接探测实验旨在测量地下探测器内的靶核与暗物质粒子碰撞后的微小反冲能。其中,弱相互作用大质量粒子(WIMP)是非常流行的暗物质候选粒子之一。在30多年的暗物质直接探测历史中,只有实验DAMA、实验CRESST-II、实验CoGeNT和实验CDMS-II-Si报告了暗物质的疑似信号,大部分实验只给出了暗物质质量与散射截面的参数平面的排除上限。为此,人们提出了同位旋破缺、非弹性散射、轻媒介粒子和非标准晕模型等多种机制来尝试缓解不同实验之间的矛盾。与直接探测一样,只有当暗物质粒子与标准模型的粒...
【文章页数】：156 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
1.1 暗物质简史
1.1.1 暗物质史前阶段(古希腊时期-20世纪30年代)
1.1.2 暗物质近代阶段(20世纪30年代-当前)
1.2 暗物质存在的证据
1.2.1 星系的旋转曲线
1.2.2 引力透镜
1.2.3 微波背景辐射
1.2.4 大爆炸核合成理论
1.2.5 宇宙大尺度结构模拟
1.3 暗物质的起源
1.4 暗物质的分布
1.4.1 暗物质的密度分布
1.4.2 暗物质的速度分布
1.5 暗物质的性质与分类
1.6 暗物质的探测方法
1.6.1 直接探测
1.6.2 间接探测
1.6.3 对撞机探测
1.6.4 暗物质自相互作用
1.7 论文结构
第二章 暗物质直接探测与对撞机探测
2.1 暗物质直接探测原理
2.1.1 自旋无关和自旋相关的散射截面
2.1.2 暗物质直接探测的形式
2.1.3 探测信号
2.1.4 暗物质探测器分类
2.2 暗物质直接探测实验的现状
2.2.1 DAMA
2.2.2 CRESST
2.2.3 CoGeNT
2.2.4 CDMS
2.2.5 CDEX
2.2.6 PandaX
2.2.7 LUX
2.2.8 LZ
2.2.9 XENON
2.2.10 XMASS
2.2.11 DarkSide
2.2.12 ANAIS-112
2.2.13 COSINE-100
2.2.14 PICO
2.2.15 DRIFT
2.2.16 NEWS-G
2.3 暗物质对撞机探测理论与模型
2.3.1 有效场理论
2.3.2 简单模型
2.3.3 趋向完备模型
2.4 暗物质对撞机探测实验的现状
2.4.1 大型强子对撞机实验
2.4.2 未来正负电子对撞机实验
2.5 小结
第三章 直接探测实验对暗物质相互作用的限制
3.1 轻媒介子和同位旋破缺相互作用
3.1.1 带有轻媒介子的有效算符理论
3.1.2 同位旋破缺
3.1.3 预期的事例率
3.2 直接探测实验的数据与分析
3.2.1 直接探测实验的相关数据
3.2.2 实验分析结果
3.3 直接探测实验对暗光子相关参数的限制
3.4 小结
第四章 在正负电子对撞机上寻找大质量的暗光子
4.1 暗光子和暗标量媒介子
4.2 暗光子和暗标量媒介子的产生过程
4.2.1 相互作用截面和运动学分布
4.2.2 区分暗光子和暗标量媒介子
4.3 在CEPC上探寻大质量暗光子的可能性
4.3.1 暗光子不可见衰变分支比
4.3.2 从背景中辨别暗光子信号
4.4 小结
第五章 总结与展望
参考文献
附录A 暗光子的衰变宽度
致谢
博士期间发表的论文
学位论文评阅及答辩情况表
本文编号：3769458
【文章页数】：156 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
1.1 暗物质简史
1.1.1 暗物质史前阶段(古希腊时期-20世纪30年代)
1.1.2 暗物质近代阶段(20世纪30年代-当前)
1.2 暗物质存在的证据
1.2.1 星系的旋转曲线
1.2.2 引力透镜
1.2.3 微波背景辐射
1.2.4 大爆炸核合成理论
1.2.5 宇宙大尺度结构模拟
1.3 暗物质的起源
1.4 暗物质的分布
1.4.1 暗物质的密度分布
1.4.2 暗物质的速度分布
1.5 暗物质的性质与分类
1.6 暗物质的探测方法
1.6.1 直接探测
1.6.2 间接探测
1.6.3 对撞机探测
1.6.4 暗物质自相互作用
1.7 论文结构
第二章 暗物质直接探测与对撞机探测
2.1 暗物质直接探测原理
2.1.1 自旋无关和自旋相关的散射截面
2.1.2 暗物质直接探测的形式
2.1.3 探测信号
2.1.4 暗物质探测器分类
2.2 暗物质直接探测实验的现状
2.2.1 DAMA
2.2.2 CRESST
2.2.3 CoGeNT
2.2.4 CDMS
2.2.5 CDEX
2.2.6 PandaX
2.2.7 LUX
2.2.8 LZ
2.2.9 XENON
2.2.10 XMASS
2.2.11 DarkSide
2.2.12 ANAIS-112
2.2.13 COSINE-100
2.2.14 PICO
2.2.15 DRIFT
2.2.16 NEWS-G
2.3 暗物质对撞机探测理论与模型
2.3.1 有效场理论
2.3.2 简单模型
2.3.3 趋向完备模型
2.4 暗物质对撞机探测实验的现状
2.4.1 大型强子对撞机实验
2.4.2 未来正负电子对撞机实验
2.5 小结
第三章 直接探测实验对暗物质相互作用的限制
3.1 轻媒介子和同位旋破缺相互作用
3.1.1 带有轻媒介子的有效算符理论
3.1.2 同位旋破缺
3.1.3 预期的事例率
3.2 直接探测实验的数据与分析
3.2.1 直接探测实验的相关数据
3.2.2 实验分析结果
3.3 直接探测实验对暗光子相关参数的限制
3.4 小结
第四章 在正负电子对撞机上寻找大质量的暗光子
4.1 暗光子和暗标量媒介子
4.2 暗光子和暗标量媒介子的产生过程
4.2.1 相互作用截面和运动学分布
4.2.2 区分暗光子和暗标量媒介子
4.3 在CEPC上探寻大质量暗光子的可能性
4.3.1 暗光子不可见衰变分支比
4.3.2 从背景中辨别暗光子信号
4.4 小结
第五章 总结与展望
参考文献
附录A 暗光子的衰变宽度
致谢
博士期间发表的论文
学位论文评阅及答辩情况表
本文编号：3769458
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/jckxbs/3769458.html
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