Содержание

Предисловие к русскому изданию 9

1 Стандартная модель физики частиц 11

1.1 Строительные блоки материи.................. 11

1.2 Фундаментальные взаимодействия............... 13

1.3 Квантовые числа и симметрии................. 16

1.3.1 Электрический заряд Q................. 17

1.3.2 Четность Р и зарядовое сопряжение С........ 18

1.3.3 CP-сопряжение..................... 21

1.3.4 Обращение времени T и CPT-теорема........ 25

1.3.5 Барионное число В................... 27

1.3.6 Лептонное число L................... 27

1.4 Калибровочные теории..................... 28

1.4.1 Калибровочный принцип................ 29

1.4.2 Глобальные внутренние симметрии.......... 30

1.4.3 Локальные (или калибровочные) симметрии..... 31

1.4.4 Неабелевы калибровочные теории (теории Янга-Миллса)...................... 32

1.5 Стандартная модель физики элементарных частиц ...... 33

1.5.1 Квантовая хромодинамика............... 33

1.5.2 Электрослабое взаимодействие............. 40

2 Теории великого объединения 52

2.1 Константы связи......................... 52

2.2 Минимальная SU(5)-модель................... 57

2.2.1 Распад протона ..................... 60

2.2.2 Преимущества и недостатки SU(5)-модели...... 66

2.3 SO(10)-модель.......................... 67

2.4 Нейтрон-антинейтронные осцилляции............. 69

2.5 Массивные нейтрино...................... 71

2.5.1 Бета-распад и масса электронного нейтрино..... 74

2.5.2 Двойной бета-распад и эффективная масса электронного нейтрино...................... 76

2.5.3 Мюонное нейтрино................... 82

2.5.4 Тау-нейтрино....................... 82

2.5.5 Осцилляции нейтрино.................. 83

2.5.6 Распад нейтрино..................... 92

2.6 Суперсимметрия......................... 93

2.6.1 Поиск суперсимметрии на ускорителях........ 97

2.6.2 Поиск суперсимметрии в неускорительных экспериментах ......................... 100

2.7 Составные модели........................ 103

2.8 Теории суперструн........................ 104

3 Космология 108

3.1 Космологические модели.................... 108

3.1.1 Определение постоянной Хаббла........... 113

3.1.2 Плотность Вселенной.................. 118

3.1.3 Возраст Вселенной................... 121

3.2 Эволюция Вселенной...................... 123

3.2.1 Космологическая стандартная модель......... 123

3.2.2 Барионная асимметрия Вселенной........... 130

3.3 Проблемы стандартной космологической модели....... 133

3.3.1 Проблема флэтности.................. 133

3.3.2 Проблема горизонта................... 134

3.3.3 Проблема монополя................... 135

3.4 Фаза инфляции.......................... 136

4 Первоначальный ядерный синтез 140

4.1 Наблюдаемые распространенности элементов......... 140

4.1.1 Распространенность 4He................ 140

4.1.2 Дейтерий и 3He..................... 142

4.1.3 7Li, 9Ве, 11В....................... 144

4.2 Процесс ядерного синтеза.................... 145

4.3 Параметры, контролирующие распространенность 4He ... 149

4.3.1 Время жизни нейтрона................. 150

4.3.2 Барион-фотонное отношение.............. 151

4.3.3 Релятивистские степени свободы и число типов нейтрино......................... 151

4.4 Ускорители и число типов нейтрино.............. 152

4.5 Неоднородный или негомогенный ядерный синтез...... 155

5 Космологическая постоянная 157

5.1 Космологические модели с Λ≠0............... 158

5.2 Прямое определение космологической постоянной ..... 161

5.2.1 Определение параметра замедления.......... 162

5.2.2 Другие способы определения космологической постоянной........................ 167

5.3 Λ-проблема............................ 167

5.4 Возможные решения Λ-проблемы............... 169

6 Крупномасштабные структуры во Вселенной 173

6.1 Галактики............................. 173

6.2 Скопления, суперскопления и пустоты............ 177

6.3 Измерения красного смещения................. 179

6.4 Пекулярные скорости...................... 183

6.5 Квазары............................... 185

6.6 Описание структур........................ 188

6.7 Развитие флуктуации..................... 189

6.8 Эволюция структур....................... 196

6.9 Темная материя и формирование структуры......... 197

6.10 Начальный спектр флуктуации плотности........... 199

6.11 Космические струны....................... 202

7 Космическое фоновое излучение 206

7.1 Фоновое 3К-излучение..................... 206

7.1.1 Спектр и температура.................. 206

7.1.2 Измерение спектральной формы и температуры 3К-излучения ...................... 211

7.1.3 Анизотропия 3К-излучения............... 213

7.2 Космическое фоновое рентгеновское излучение....... 222

7.3 Космическое фоновое нейтринное излучение......... 225

8 Космическое излучение 227

8.1 Классические космические лучи................ 228

8.1.1 Первичный спектр.................... 228

8.1.2 Прямые измерения первичного излучения ...... 231

8.1.3 Вторичное излучение и атмосферные ливни..... 234

8.1.4 Атмосферные мюоны от космического излучения .. 240

8.1.5 Атмосферные нейтрино................. 243

8.2 Источники космического излучения.............. 245

8.2.1 Ускорение космического излучения.......... 247

8.2.2 Распространение космического излучения...... 249

8.3 Астрономия рентгеновского и гамма-излучения ....... 251

8.3.1 Присутствие изотопа 26Al в Млечном Пути..... 253

8.3.2 511кэВ-ная линия в Млечном Пути.......... 254

8.3.3 Джеминга......................... 256

8.3.4 Пульсары Краба и Вела................. 257

8.3.5 Вспышки гамма-излучения............... 258

8.3.6 Гамма-излучение сверхвысоких энергий ....... 259

8.4 Нейтрино высоких энергий................... 263

9 Темная материя 269

9.1 Свидетельства в пользу существования темной материи ... 269

9.1.1 Темная материя в галактиках.............. 269

9.1.2 Темная материя в скоплениях галактик........ 273

9.1.3 Темная материя и крупномасштабная структура Вселенной........................ 274

9.1.4 Темная материя и космология............. 274

9.2 Возможный состав темной материи.............. 276

9.2.1 Альтернативные объяснения темной материи..... 276

9.2.2 Барионная темная материя............... 277

9.2.3 Небарионная темная материя.............. 284

9.3 Детектирование темной материи................ 288

9.3.1 Взаимодействие WIMP-частиц с ядрами ....... 288

9.3.2 Эксперименты по прямому детектированию..... 291

9.3.3 Косвенные эксперименты................ 303

10 Магнитные монополи 305

10.1 Монополь Дирака........................ 305

10.2 Монополь т'Хофта и Полякова................. 308

10.3 Астрофизика монополей.................... 310

10.4 Экспериментальный поиск монополей............. 315

10.4.1 Индукционные эксперименты............. 316

10.4.2 Ионизационные эксперименты............. 319

10.4.3 Катализ нуклонного распада.............. 322

10.4.4 Другие методы детектирования монополей...... 324

11 Аксионы 327

11.1 Теоретическое обоснование...................327

11.2 Свойства аксионов........................329

11.3 Аксионы и эволюция звезд...................331

11.3.1 Введение......................... 331

11.3.2 Солнечные аксионы................... 331

11.3.3 Аксионы и красные гиганты.............. 332

11.3.4 Аксионы и сверхновая SN 1987А........... 333

11.4 Аксионы в космологии..................... 335

11.5 Экспериментальный поиск аксионов.............. 337

11.5.1 Космические аксионы.................. 337

11.5.2 Аксионы из гало Млечного пути............ 338

11.5.3 Образование аксионов в лабораторных условиях ... 341

11.5.4 Солнечные аксионы................... 342

12 Солнечные нейтрино 346

12.1 Стандартная модель Солнца .................. 346

12.1.1 Скорости протекания реакций............. 346

12.1.2 Процессы образования энергии и нейтрино в Солнце 348

12.1.3 Спектр солнечных нейтрино.............. 350

12.2 Эксперименты с солнечными нейтрино............ 353

12.2.1 Хлорный эксперимент ................. 354

12.2.2 Детекторы Камиоканде и Суперкамиоканде..... 357

12.2.3 Галлиевые эксперименты................ 364

12.3 Попытки теоретического объяснения............. 368

12.3.1 Нестандартные модели Солнца, космионы и гелиосейсмология....................... 369

12.3.2 Нейтринные осцилляции в веществе и MSW-эффект 375

12.3.3 Магнитный момент нейтрино ............. 381

12.4 Будущие эксперименты..................... 383

12.4.1 Радиохимические эксперименты............ 383

12.4.2 Черенковские эксперименты в реальном времени .. 385

12.4.3 Сцинтилляторные эксперименты в реальном времени 386

12.4.4 Эксперимент HELLAZ................. 389

12.4.5 Эксперимент ICARUS ................. 389

13 Нейтрино от сверхновых звезд 391

13.1 Сверхновые............................ 391

13.1.1 Эволюция массивных звезд............... 394

13.1.2 Фаза действительного коллапса............ 398

13.2 Испускание нейтрино при вспышках сверхновых...... 406

13.3 Методы детектирования нейтрино от сверхновых...... 409

13.4 Сверхновая SN 1987А...................... 409

13.4.1 Характеристики сверхновой SN 1987А........ 411

13.4.2 Нейтрино от сверхновой SN 1987А.......... 416

13.4.3 Свойства нейтрино от сверхновой SN 1987А..... 419

13.5 Частота появления сверхновых................. 422

13.6 Эксперименты будущего .................... 424

14 Образование тяжелых элементов 427

14.1 Введение............................. 427

14.1.1 Захват нейтрона..................... 427

14.1.2 Бета-распад ....................... 429

14.2 Сценарии со взрывом и синтез элементов до железа..... 430

14.3 Синтез элементов тяжелее железа............... 431

14.3.1 s-процесс......................... 432

14.3.2 p-процесс......................... 434

14.3.3 r-процесс......................... 434

14.3.4 Космические хронометры и возраст Вселенной ... 441

Список литературы 445

Предметный указатель 488

Хостинг от uCoz