粒子宇宙学导论：宇宙学标准模型及其未解之谜

　　过去的20年间，宇宙学从一门猜想性的纯理论学 科发展为十分活跃的**理论，并给我们提供了测试 高能物理学新的契机。宇宙学标准模型是粒子物理标 准模型、广义相对论、宇宙暴胀假设的结合体，能够 成功地解释很多宇宙观测现象，与此同时，很多观测 结果必须要有新的物理模型来描述。卡西莫·斑比、艾·迪·多戈夫*，蔡一夫、林 春山、皮石译的《粒子宇宙学导论（宇宙学标准模型 及其未解之谜21世纪复旦大学研究生教学用书）》介 绍粒子宇宙学的基本概念，涵盖大爆炸模型研究的主 要方面（宇宙膨胀历史、大爆炸核合成、宇宙微波背 景辐射、大尺度结构），以及对新物理的思考（暴胀、 重子产生、暗物质、暗能量）。本书还介绍了许多有 趣的*新物理发展。例如，使用如威尔金森微波各向 异性探测器和普朗克卫星等实验来**测量宇宙学参 数，在大型强子对撞机上发现希格斯玻色子，迄今为 止尚未发现任何超对称粒子的迹象，以及寻找原初引 力波在普朗克卫星实验和南*宇宙泛星系偏振背景成 像实验中的微波背景辐射*化信号可能留下的线索等 。本书基于作者丰富的宇宙学授课经历，主要面向相 关领域高年级本科生和研究生群体，同时兼顾对广义 相对论、量子场论和粒子宇宙学等感兴趣但并不熟悉 的普通读者。全书写作浅显易懂，内容组织易于查阅 ，是一本能够引领学生进入研究的学习指南。

暂缺《粒子宇宙学导论：宇宙学标准模型及其未解之谜》作者简介

前言 第1章 引论 1.1 牛顿宇宙学的疑难 l.2 宇宙学的标准模型 1.2.1 Hubble定律 1.2.2 大爆炸核合成 1.2.3 宇宙微波背景辐射 1.3 新物理的证据 1.3.1 暴胀 1.3.2 重子合成 1.3.3 暗物质 1.3.4 宇宙学常数问题 1.4 宇宙的年龄和大小 1.5 超出广义相对论的宇宙学模型 参考文献 第2章 广义相对论 2.1 标量矢量张量 2.2 测地方程 2.2.1 牛顿力学 2.2.2 相对论力学 2.3 平直时空的能量和动量 2.4 平直时空中的能动张量 2.5 弯曲时空 2.6 平直和弯曲时空中的场方程 2.7 Einstein方程 习题 参考文献 第3章 粒子物理的标准模型 3.1 费米子 3.1.1 轻子 3.1.2 夸克 3.2 玻色子 3.2.1 规范玻色子 3.2.2 Higgs粒子 3.3 Feynman图 3.4 超出粒子物理的小标准模型 3.4.1 超对称模型 3.4.2 大统一理论 3.4.3 重中微子 3.4.4 Peccei-Quinn模型 3.5 粒子间的相互作用反应概率 习题 参考文献 第4章 宇宙学模型 4.1 Friedmann-Robertson-Walker度规 4.4 Friedmann方程组 4.3 宇宙学模型 4.3.1 Einstein宇宙 4.3.2 物质主导的宇宙 4.3.3 辐射主导的宇宙 4.3.4 真空能主导的宇宙 4.4 FRW度规的基本性质 4.5 宇宙的年龄 4.6 ACDM模型 4.7 宇宙的命运 习题 参考文献 第5章 宇宙学中的动力学和热力学 5.1 早期宇宙的热平衡 5.1.1 一般特征 5.1.2 动力学方程 5.1.3 等离子体加热与熵守恒 5.2 种类冻结 5.2.1 退耦合与Gershtein-Zeldovich限制 5.2.2 非相对论粒子的冻结 5.3 中微子能谱与中微子种类的有效数值 习题 参考文献 第6章 暴胀 6.1 暴胀的历史 6.2 预暴胀宇宙学的问题 6.2.1 暴胀动力学及其主要特征 6.2.2 平直问题 6.2.3 视界问题 6.2.4 宇宙膨胀的起源 6.2.5 平滑宇宙与原初等离子体的产生 6.2.6 磁单极问题 6.3 暴胀机制 6.3.1 带有指数势的正则标量暴胀 6.3.2 其他暴胀机制 6.4 宇宙加热 6.4.1 扰动产生 6.4.2 非扰动现象 6.4.3 参数共振 6.4.4 引力场中的粒子产生 6.5 引力波的产生 6.6 密度扰动的产生 参考文献 第7章 重子合成 7.1 重子合成的观测证据 7.2 重子合成模型的一般特征 7.2.1 Sakharov原理 7.2.2 宇宙学中的CP破缺 7.3 重子合成的模型 7.3.1 通过重粒子衰变的重子合成 7.3.2 电弱重子合成 7.3.3 通过轻子的重子合成 7.3.4 原初黑洞蒸发 7.3.5 自发重子合成 7.3.6 标量重子凝聚的重子合成 7.4 宇宙学的反物质 习题 参考文献 第8章 大爆炸核合成 8.1 宇宙中的轻元素 8.2 弱相互作用的冻结 8.3 正负电子湮灭 8.4 氘瓶颈 8.5 原初核合成 8.6 重子丰度 8.7 对新物理的限制 习题 参考文献 第9章 暗物质 9.1 暗物质的观测证据 9.2 暗物质候选者 9.2.1 轻的超对称粒子 9.2.2 轴子 9.2.3 超大质量粒子 9.2.4 原初黑洞 9.3 暗物质粒子的直接搜寻 9.4 暗物质粒子的间接搜寻 习题 参考文献 第10章 宇宙微波背景 10.1 重组与退耦 10.2 描述扰动的公式 10.3 CMB的各向异性 10.3.1 原初各向异性 10.3.2 次级各向异性 10.3.3 极化各向异性 10.4 原初扰动 10.5 确定宇宙学参数 习题 参考文献 第11章 暗能量 11.1 宇宙加速膨胀 11.1.1 天文数据 11.1.2 标量场导致加速膨胀 11.1.3 修改引力论 11.2 真空能的问题 参考文献 第12章 密度扰动 12.1 牛顿引力理论下的密度扰动 12.2 广义相对论下的密度扰动 12.2.1 度规和曲率 12.2.2 能动张量 12.2.3 规范选择 12.2.4 渐近平直时空中的扰动演化 12.2.5 宇宙学扰动演化 12.2.6 广义相对论下密度扰动的几个结论 12.3 修改引力论中的密度扰动 12.3.1 一般方程 12.3.2 修改后的Jeans不稳定性 12.3.3 时间依赖背景的效应 习题 参考文献 附录A 自然单位制 附录B 规范理论 附录C 场量子化