暗能量模型-课件

1、粒子宇宙学研究进展中科院高能所 张新民Inflation + Dark Matter + Dark Energy1998年，SN发现暗能量；（邵逸夫奖，Nobel prize?!）2000年，Maxima, Boomerang 平坦宇宙；2003年，WMAP，SDSS，2dfGRS2004年 , “Golden Sample”, SNLS2006年 , WMAP32008年，WMAP5 （2010年邵逸夫奖）2008年， Pamela, ATIC2009年， Fermi LAT2010年， WMAP7近年宇宙学研究重大进展及挑战 73%：暗能量？ 23%：暗物质？1)Dynamics of I

2、nflation?2)Dark Energy?3)Dark Matter?4)Why no antimatter?我国基础研究的一个机遇！？上天， 入地到南极路线图暗物质探测：近期：羊八井中期：小卫星，地下实验室长期：空间站建议：启动小卫星、地下实验室预研究暗能量探测：LAMOST, 南极DOME近期：LAMOST中期：南极DOME A四米光学望远镜建议：启动南极DOME A四米光学望远镜预研究报告提纲1）“两暗一黑三起源”介绍 2）WMAP今年得了邵逸夫奖WMAP7部分工作介绍-摘之国台严峻台长报告近期这个提法宣传的很多， 中央， 科学院各级领导肯定Comments:1)争议集中在“生命起源

3、”的定义 （南极香山会议， 王力帆与张新民商议应写个注释）2）发明地是高能所3）物理诠释 (见张新民南昌会议报告）：两暗（暗物质暗能量）： 一样一黑：天文注重观测， 而物理注重理论如黑洞熵三起源：天文： 宇宙，天体， 生命 物理： 宇宙，物质起源（why no antimatter?) 质量起源 （LHC, BES, electroweak, chiral symmetry breaking)2001年WMAP卫星升空2003年公布一年观测数据Nothing is special Concordance ModelLarge Running; Small l Suppression; Tau

4、too large2006年公布三年观测数据Large Running; Small l Suppression; Tau normal;Dark Energy with Constant EOS, Perturbation;排除了 暴涨模型;2008年公布五年观测数据+ Time evolving EOS; CMB rotation angle (CPT & P Violation) 2010年公布七年观测数据 Comments:WMAP 的贡献很像 上世纪九十年代LEP的贡献 LEP: 粒子物理标准模型的精确检验 Nothing is special new! WMAP：宇宙学精确时代2）

5、LEP -t Hooft, M. Veltman ， Nobel Prize, 理论计算， 发散， 重整； WMAP, 邵逸夫奖=线性扰动理论 CosmoMC (Nobel prize?)粒子物理的标准模型， 唯象上虽然很成功，但存在一些基本问题未解 对称性破缺， Higgs ?, flavor problem, CP origin? Big-Bang cosmology, 唯象上成功（参数确定），但大的基本问题： 暗物质粒子， 暗能量物理本质， 暴涨机制？Difficulty with dark energy perturbationwhen w crosses -1 -发散问题Simila

6、r to the non-renormalization without Higgs in the electroweak theoryHere, also need extra degree of freedom -Quintom field SM：量子场论，规范场 宇宙学： 扰动理论 国际上CosmoMC (光子， 重子， 暗物质扰动） +暗能量扰动 S. Weinberg t Hooft, M. Veltman : Higgs 理论的成功！ 但， Higgs not discovered, LHC ? 宇宙学参数对应SM：粒子质量， 耦合常数等Primordial power spect

7、rum:暗能量状态方程参数化:暗能量模型：用天文观测数据确定宇宙学参数-Global Fitting1）宇宙学常数：w=-1；2）Quintessence：w-1；3）Phantom：w-1；4）Quintom：w 越过-1II. 天文观测数据：1） 超新星（SN）2）微波背景辐射（CMB）3）大尺度结构（LSS）。III. 数据拟和分析方法： Monte Carlo Markov Chains上海超级计算机修改的CAMB/CosmoMC暗能量扰动新方法 B. Feng, X. Wang and X. Zhang, PLB607, 35 (2005)；G.B.Zhao, J.Q.Xia, M.

8、Li, B.Feng & X.Zhang, PRD 72, 123515 (2005)。 Astronomical Observations: SNeIa: 397 samples “constitution” CMB: WMAP7, BOOMERanG, CBI, VSA,ACBAR LSS: SDSS, 2dFGRSGRB, Weak LensingWMAP7结果InflationDark energyCPTInflationPredictions:1. Flat Universe ( );2. and ,Current Status:1. , fit ok;2. about ;3. Le

9、ss than .Inflation dynamics observed?n_s=1 disfavored by more than 3 sigmaDegeneracy among n_s and w(z)Determining Cosmological Parameters with Latest Observational Data. Jun-Qing Xia, Hong Li, Gong-Bo Zhao, Xinmin Zhang Published in Phys.Rev.D78:083524,2008 (for WMAP5)实验证据：1998年，SN发现加速膨胀； 1998年世界十大

10、科技进展 2003年，WMAP，SDSS， 精确宇宙学； 2003年世界十大科技进展基本特征：注意：辐射 w=1/3, 物质 w=0， 由此直观上理解暗能量的负压性质十 分困难；暗能量模型可由状态方程 w 来分类。 暗能量简介 1. 负压 2. 完全或者几乎不结团 暗能量理论模型简介 1） 宇宙学常数（真空能）2）动力学场： 精质（Quintessence，Phantom, Quintom ）不同模型预言的w演化行为不一样 暗能量是宇宙学常数？还是动力学的？认识暗能量首要任务：基于天文观测数据、开展整体分析、确定暗能量状态方程宇宙学常数问题！宇宙学常数还是动力学？预言宇宙演化的不同行为：动力学

11、场：宇宙中的“以太” 1. 精细结构常数改变： 2. 中微子质量改变： 中微子与暗能量有关吗？CDM:QCDM: Xinmin Zhang et al, Ann Nelson et al 研究现状Gongbo Zhao and Xinmin Zhange-Print: arXiv:0908.1568 WMAP7 E. Komatsu et al. e-Print: arXiv:1001.4538 1）十年研究取得的阶段性（与任何学科一样）重要成果：方法上的创新成果(perturbation, PCA )； 至今已排除了大量的理论模型；2) Cosmological constant is co

12、nsistent with the data;3）quintom mildly favored， 推动近年quintom暗能量理论发展4）但是目前观测的精度还不够， 推动新设备我国暗能量探测可行性研究LAMOST我国暗能量探测可行性研究DOME ADOME ALSSTSNAPw(z)=w0+wa*z/(1+z) CMB检验CPT对称性(Note here the notation: G E, C B)Gravitational leptogenesis and its signatures in CMB.Bo Feng, Hong Li, Ming-zhe Li, Xin-min Zhang,

13、 Phys.Lett.B620:27-32,2005. 当时没有数据，用模拟的数据做研究 特点： Lorentz 破坏强度 H 由于CMB 光子传播 1/H 观测效应 O(1) FRW violates Lorentz, how to detect 相关论文1） Probing CPT Violation with CMB Polarization Measurements.Jun-Qing Xia, Hong Li, Xinmin Zhang, e-Print: arXiv:0908.18762）Testing CPT Symmetry with CMB Measurements: Upda

14、te after WMAP5.Jun-Qing Xia, Hong Li, Gong-Bo Zhao, Xinmin Zhang, Astrophys.J.679:L61,2008 3）Testing CPT Symmetry with CMB Measurements.Jun-Qing Xia, Hong Li, Xiu-lian Wang, Xin-min Zhang, Astron.Astrophys.483:715-718,2008 4）Cosmological CPT violation, baryo/leptogenesis and CMB polarization. Mingzh

15、e Li, Jun-Qing Xia, Hong Li, Xinmin Zhang, Phys.Lett.B651:357-362,2007 5）Searching for CPT Violation with Cosmic Microwave Background Data from WMAP and BOOMERANG.Bo Feng, Mingzhe Li, Jun-Qing Xia, Xuelei Chen, Xinmin Zhang Phys.Rev.Lett.96:221302,2006. 6） Testing the Lorentz and CPT Symmetry with C

16、MB polarizations and a non-relativistic Maxwell Theory.Yi-Fu Cai, Mingzhe Li, Xinmin Zhang, JCAP 1001:017,2010. 7）$CPT$ Violating Electrodynamics and Chern-Simons Modified Gravity.Mingzhe Li, Yi-Fu Cai, Xiulian Wang, Xinmin Zhang, Phys.Lett.B680:118-124,2009 8）Cosmological CPT violating effect on CM

17、B polarization.Mingzhe Li, Xinmin Zhang, Phys.Rev.D78:103516,2008. deltaalpha=-2.33 pm 0.72 With WMAP7+B03+BICEPdeltaalpha= -0.04 pm 0.37 deg with WMAP7+B03+BICEP+QUaDQUaD: deltaalpha =0.59 pm 0.42 研究现状系统误差！？WIMP(弱作用重粒子) 例如，超对称模型中的中 性伴随子（neutralino） 多维空间理论中的 KK粒子暗物质研究进展两种产生机制：1. 热产生机制（Thermal）：（像光子退

18、耦一样）2. 非热产生机制 (Non-Thermal) -冷暗物质-温暗物质天文观测暗物质性质通常温暗物质很轻， 不能解释Pamela, ATIC暗物质粒子探测方法 Collider: LHC（BEPC /BES?）直接探测 DAMA, CDMS 。 （我国，地下实验室）间接探测 空间：Pamela, ATIC, FERMI, AMS, (我国，小卫星，空间站) 地面：H.E.S.S, 羊八井ccDirect detectionccpe+ng_ ATIC， FERMI 观测的 宇宙线电子谱Phys.Rev.D81:023516,2010 Warm WIMP南极观测:需要物理天文的交叉研究！ 轴子(Axion) 为解决强CP破坏问题而