粒子宇宙學(xué)導(dǎo)論：宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型及其未解之謎

前言 第1章 引論 1.1 牛頓宇宙學(xué)的疑難 l.2 宇宙學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型 1.2.1 Hubble定律 1.2.2 大爆炸核合成 1.2.3 宇宙微波背景輻射 1.3 新物理的證據(jù) 1.3.1 暴脹 1.3.2 重子合成 1.3.3 暗物質(zhì) 1.3.4 宇宙學(xué)常數(shù)問題 1.4 宇宙的年齡和大小 1.5 超出廣義相對論的宇宙學(xué)模型 參考文獻(xiàn) 第2章 廣義相對論 2.1 標(biāo)量矢量張量 2.2 測地方程 2.2.1 牛頓力學(xué) 2.2.2 相對論力學(xué) 2.3 平直時(shí)空的能量和動(dòng)量 2.4 平直時(shí)空中的能動(dòng)張量 2.5 彎曲時(shí)空 2.6 平直和彎曲時(shí)空中的場方程 2.7 Einstein方程 習(xí)題 參考文獻(xiàn) 第3章 粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型 3.1 費(fèi)米子 3.1.1 輕子 3.1.2 夸克 3.2 玻色子 3.2.1 規(guī)范玻色子 3.2.2 Higgs粒子 3.3 Feynman圖 3.4 超出粒子物理的小標(biāo)準(zhǔn)模型 3.4.1 超對稱模型 3.4.2 大統(tǒng)一理論 3.4.3 重中微子 3.4.4 Peccei-Quinn模型 3.5 粒子間的相互作用反應(yīng)概率 習(xí)題 參考文獻(xiàn) 第4章 宇宙學(xué)模型 4.1 Friedmann-Robertson-Walker度規(guī) 4.4 Friedmann方程組 4.3 宇宙學(xué)模型 4.3.1 Einstein宇宙 4.3.2 物質(zhì)主導(dǎo)的宇宙 4.3.3 輻射主導(dǎo)的宇宙 4.3.4 真空能主導(dǎo)的宇宙 4.4 FRW度規(guī)的基本性質(zhì) 4.5 宇宙的年齡 4.6 ACDM模型 4.7 宇宙的命運(yùn) 習(xí)題 參考文獻(xiàn) 第5章 宇宙學(xué)中的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué) 5.1 早期宇宙的熱平衡 5.1.1 一般特征 5.1.2 動(dòng)力學(xué)方程 5.1.3 等離子體加熱與熵守恒 5.2 種類凍結(jié) 5.2.1 退耦合與Gershtein-Zeldovich限制 5.2.2 非相對論粒子的凍結(jié) 5.3 中微子能譜與中微子種類的有效數(shù)值 習(xí)題 參考文獻(xiàn) 第6章 暴脹 6.1 暴脹的歷史 6.2 預(yù)暴脹宇宙學(xué)的問題 6.2.1 暴脹動(dòng)力學(xué)及其主要特征 6.2.2 平直問題 6.2.3 視界問題 6.2.4 宇宙膨脹的起源 6.2.5 平滑宇宙與原初等離子體的產(chǎn)生 6.2.6 磁單極問題 6.3 暴脹機(jī)制 6.3.1 帶有指數(shù)勢的正則標(biāo)量暴脹 6.3.2 其他暴脹機(jī)制 6.4 宇宙加熱 6.4.1 擾動(dòng)產(chǎn)生 6.4.2 非擾動(dòng)現(xiàn)象 6.4.3 參數(shù)共振 6.4.4 引力場中的粒子產(chǎn)生 6.5 引力波的產(chǎn)生 6.6 密度擾動(dòng)的產(chǎn)生 參考文獻(xiàn) 第7章 重子合成 7.1 重子合成的觀測證據(jù) 7.2 重子合成模型的一般特征 7.2.1 Sakharov原理 7.2.2 宇宙學(xué)中的CP破缺 7.3 重子合成的模型 7.3.1 通過重粒子衰變的重子合成 7.3.2 電弱重子合成 7.3.3 通過輕子的重子合成 7.3.4 原初黑洞蒸發(fā) 7.3.5 自發(fā)重子合成 7.3.6 標(biāo)量重子凝聚的重子合成 7.4 宇宙學(xué)的反物質(zhì) 習(xí)題 參考文獻(xiàn) 第8章 大爆炸核合成 8.1 宇宙中的輕元素 8.2 弱相互作用的凍結(jié) 8.3 正負(fù)電子湮滅 8.4 氘瓶頸 8.5 原初核合成 8.6 重子豐度 8.7 對新物理的限制 習(xí)題 參考文獻(xiàn) 第9章 暗物質(zhì) 9.1 暗物質(zhì)的觀測證據(jù) 9.2 暗物質(zhì)候選者 9.2.1 輕的超對稱粒子 9.2.2 軸子 9.2.3 超大質(zhì)量粒子 9.2.4 原初黑洞 9.3 暗物質(zhì)粒子的直接搜尋 9.4 暗物質(zhì)粒子的間接搜尋 習(xí)題 參考文獻(xiàn) 第10章 宇宙微波背景 10.1 重組與退耦 10.2 描述擾動(dòng)的公式 10.3 CMB的各向異性 10.3.1 原初各向異性 10.3.2 次級(jí)各向異性 10.3.3 極化各向異性 10.4 原初擾動(dòng) 10.5 確定宇宙學(xué)參數(shù) 習(xí)題 參考文獻(xiàn) 第11章 暗能量 11.1 宇宙加速膨脹 11.1.1 天文數(shù)據(jù) 11.1.2 標(biāo)量場導(dǎo)致加速膨脹 11.1.3 修改引力論 11.2 真空能的問題 參考文獻(xiàn) 第12章 密度擾動(dòng) 12.1 牛頓引力理論下的密度擾動(dòng) 12.2 廣義相對論下的密度擾動(dòng) 12.2.1 度規(guī)和曲率 12.2.2 能動(dòng)張量 12.2.3 規(guī)范選擇 12.2.4 漸近平直時(shí)空中的擾動(dòng)演化 12.2.5 宇宙學(xué)擾動(dòng)演化 12.2.6 廣義相對論下密度擾動(dòng)的幾個(gè)結(jié)論 12.3 修改引力論中的密度擾動(dòng) 12.3.1 一般方程 12.3.2 修改后的Jeans不穩(wěn)定性 12.3.3 時(shí)間依賴背景的效應(yīng) 習(xí)題 參考文獻(xiàn) 附錄A 自然單位制 附錄B 規(guī)范理論 附錄C 場量子化