暗物质问题简介

暗物质的属性问题是当代物理学面临的一大挑战.文章简要回顾了暗物质的发现历史,已有的暗物质观测证据和粒子物理中的暗物质候选者以及暗物质丰度起源相关理论,还介绍了近年来暗物质的空间间接探测和地下直接探测及其在理论上研究的新进展.     

暗物质及暗物质粒子探测

文章首先对暗物质的概念作了简单介绍,接着介绍了暗物质的发现过程和暗物质存在的证据等.随后,介绍了目前人们对暗物质粒子基本性质的理解和目前比较流行的暗物质模型,并解释了弱相互作用重粒子(WIMP)为什么获得人们最多的关注.文中还简单介绍了目前探测暗物质粒子的三种实验方法:对撞机探测法、直接探测法和间接探测法.最后,介绍了目前暗物质探测的最新进展,包括来自DAMA,CoGent,PAMELA,ATIC,Fermi等实验的最新结果.     

暗物质及暗物质粒子探测

文章首先对暗物质的概念作了简单介绍,接着介绍了暗物质的发现过程和暗物质存在的证据等.随后,介绍了目前人们对暗物质粒子基本性质的理解和目前比较流行的暗物质模型,并解释了弱相互作用重粒子（WIMP）为什么获得人们最多的关注.文中还简单介绍了目前探测暗物质粒子的三种实验方法：对撞机探测法、直接探测法和间接探测法.最后,介绍了目前暗物质探测的最新进展,包括来自DAMA,CoGent,PAMELA,ATIC,Fermi等实验的最新结果.     

暗物质理论研究进展

评述了天体物理中暗物质的发现以及标准模型所面临的问题,综述了解决这些问题及标准模型之外可能出现的新物理与暗物质的联系。介绍了暗物质粒子选择条件和可能的暗物质粒子的候选者;对圆柱形暗物质表面密度与星系和星系团暗物质晕的晕核半径的关系进行了讨论,与其他模型进行了比较,得出暗物质晕的特征半径r_*的暗物质表面密度分布不是一个普适量;并叙述了近几年暗物质研究中提出的新理论模型-Hidden dark matter,最后叙述了中国暗物质实验探测研究的进展,2016年底DAMPE的第一批数据有可能给出;中国锦屏地下实验室（CJPL）的CDEX和PandaX合作组的第一期实验没有发现暗物质粒子存在的信号,期待他们下期的实验。A review of the evidence of the dark matter found in universe and the problems faced by the standard model. To address these issues as well as the possible relationship between the new physics beyond the standard model and dark matter, and given the selection condition of dark matter and possible candidates of the weakly-interacting massive particles (WIMPs). The correlation between the column surface density and the halo core radius of the dark matter halos of galaxies and cluster of galaxies is discussed, and the other models are compared. We find that the surface density within the halo characteristic radius r* is not an universal quantity; The new model (hidden dark matter)proposed in the study of dark matter is described. At last, the research progress of dark matter experiment in China is commented. At the end of 2016, the first batch of DAMPE data may be given;No significant excess events of WIMPS were found in the first stage of both the CDEX and PandaX experiments located in the China Jinping Underground Laboratory(CJPL). Look forward to their the next stage of these experiments in CJPL.     

WIMPs 暗物质

暗物质是21 世纪宇宙学和粒子物理研究的热点问题。WIMPs 是一种流行的暗物质粒子候选者,即weakly interacting massive particles 的缩写,译为“弱作用重粒子”。目前我国计划中的暗物质粒子探测实验项目都是围绕着WIMPs 暗物质开展的。本文将详细地阐述与WIMPs 暗物质相关的基本问题,并力图澄清一些易于误解的概念。     

暗物质模型简介

粒子物理学的基本任务之一是探究宏观物质世界的微观起源。以粒子物理标准模型(二十世纪六七十年代)为代表性成就的二十世纪,是粒子物理学的黄金时期。在规范对称性的框架下,标准模型成功地统一了微观世界中(由夸克、轻子和传递相互作用的规范粒子组成)除引力之外的三种基本相互作用： 电磁相互作用(确切地说超荷相互作用)、弱相互作用和强相互作用。换句话说,从标准模型出发,几乎可以解释一切目前实验室微观物理现象。     

空间探测暗物质简介

宇宙线的探测分为地面探测和空间探测。地面探测测量的是高能宇宙线(大于100 TeV)在大气中产生的簇射的前锋面。由于低能宇宙线在大气中产生的簇射不能到达地面,所以要探测低能的宇宙线就需要把探测器送到大气层外部。空间探测宇宙线的优点是能测量低能宇宙线,并且能区分宇宙线的种类。暗物质间接探测就是在宇宙线中寻找暗物质湮灭或者衰变产生的信号,表现在宇宙线能谱上就是各种超出。所以需要准确区分宇宙线的种类,并且精确测量宇宙线的能谱。在文章中,作者将介绍宇宙线的相关理论以及空间探测暗物质的研究现状,并详细介绍将于2015年底发射的暗物质粒子探测卫星,讨论其在暗物质间接探测方面的各种优势。     

宇宙中的暗物质

 十多年来,宇宙中暗物质的研究已成为天体物理、粒子物理和宇宙学的交叉热点,其中的冷暗物质的观测研究也已成为当今非加速器物理实验最热门的课题之一.     

暗物质的直接实验探测

暗物质研究是21世纪粒子物理、天体物理和宇宙学最重要的前沿科学课题之一.暗物质被天文学中的引力效应所观察到,但对它的存在和认识仍旧是个谜.文章主要论述了对弱作用大质量暗物质粒子(WIMP)直接探测的基本原理、各种直接探测技术、当前的实验进展和发展方向.最后给出了最近的实验物理结果.     

第三讲宇宙中的暗物质和暗能量

文章对暗物质粒子的候选者和宇宙中暗能量的研究现状作一简单介绍．     

第三讲 宇宙中的暗物质和暗能量

文章对暗物质粒子的候选者和宇宙中暗能量的研究现状作一简单介绍.     

粒子物理和宇宙学中的两片乌云——谈暗物质和暗能量

宇宙暗物质和暗能量是21世纪粒子物理和宇宙学研究中的两个重大的科学问题.文章首先简述了宇宙学研究的历史和现状以及对粒子物理学提出的新的挑战,接着较详细地介绍了暗物质、暗能量和反物质相关的科学问题以及在国际上这个研究领域近年来所取得的进展,最后展望了中国在暗物质和暗能量实验探测研究方面的前景.     

粒子物理和宇宙学中的两片乌云——谈暗物质和暗能量

宇宙暗物质和暗能量是21世纪粒子物理和宇宙学研究中的两个重大的科学问题.文章首先简述了宇宙学研究的历史和现状以及对粒子物理学提出的新的挑战,接着较详细地介绍了暗物质、暗能量和反物质相关的科学问题以及在国际上这个研究领域近年来所取得的进展,最后展望了中国在暗物质和暗能量实验探测研究方面的前景.     

Photonic dark matter portal and quantum physics

We study a model of dark matter in which the hidden sector interacts with standard model particles via a hidden photonic portal.We investigate the effects of this new interaction on the hydrogen atom,including the Stark,Zeeman and hyperfine effects.Using the accuracy of the measurement of energy,we obtain an upper bound for the coupling constant of the model as f≤10~(-12).We also calculate the contribution from the hidden photonic portal to the anomalous magnetic moment of the muon as α_μ≤ 2.2 × 10~(-23)(for the dark particle mass scale 100MeV),which provides an important probe of physics beyond the standard model.     

Two-component millicharged dark matter and the EDGES 21 cm signal

We propose a two-component dark matter explanation to the EDGES 21 cm anomalous signal. The heavier dark matter component is long-lived, and its decay is primarily responsible for the relic abundance of the lighter dark matter, which is millicharged. To evade the constraints from CMB, underground dark matter direct detection, and XQC experiments, the lifetime of the heavier dark matter has to be larger than \begin{document}$ 0.1\, \tau_U $\end{document}, where \begin{document}$ \tau_U $\end{document} is the age of the universe. Our model provides a viable realization of the millicharged dark matter model to explain the EDGES 21 cm signal, since the minimal model in which the relic density is generated via thermal freeze-out has been ruled out by various constraints.     

A complete calculation for direct detection of Wino dark matter

In the anomaly-mediated supersymmetry (SUSY) breaking scenario, neutral gaugino of SUL₍₂₎$\mathit{SU}{(2)}_L$ multiplet, Wino, can be the lightest SUSY particle and become a candidate for dark matter. We calculated scattering cross section of Wino dark matter with nucleon, which is responsible for direct detection of the dark matter, on the assumption that the SUSY particles and the heavier Higgs bosons have masses of the order of the gravitino mass in the SUSY standard model. In such a case, the Wino–nucleon coupling is generated by loop processes. We have included two-loop contribution to Wino–gluon interaction in the calculation, since it is one of the leading contributions to the Wino–nucleon coupling. It was found that the spin-independent scattering cross section with proton is ^{10−(46–48)} cm²${10}^{-(46\text{–}48)}{\text{cm}}^2$. While it is almost independent of the Wino mass, the result is quite sensitive to the Higgs boson mass due to the accidental cancellation.