一、黑洞、暗物质、反物质及宇宙的未来（论文文献综述）
王硕[1]（2022）在《委员“大咖”带领我们邂逅神秘宇宙世界》文中研究表明学习是人民政协的基因。从学习中走来，也必将在学习中走向未来。近日，全国政协教科卫体委员会组织开展“科普走进生活”读书群活动，在总主题中分为不同的议题开展研讨，其中一个主题即为“科普中国 物理和宇宙”。群中的委员不乏是相关领域的“大咖”。他们结合所读
祖磊[2]（2021）在《暗物质相关理论研究》文中进行了进一步梳理暗物质是当代天体物理与粒子物理领域的重要研究课题,自从暗物质的概念在20世纪30年代被提出之后,这一物理模型在星系,星系团,宇宙学等尺度上都有着极高的理论价值。在包括星系的旋转曲线,星系和星系团的质光比,星系团并合,宇宙微波背景辐射等等不同尺度的观测结果中,暗物质模型都提供了较为自然的物理解释。暗物质主要只参与引力相互作用的特性,使其在宇宙大爆炸,星系形成,星系动力学等理论模型中都占据着十分重要的位置,已经成为现代天文学中十分重要,不可忽略的基本物理概念。但是人们目前对暗物质的本质却知之甚少。到目前为止,人们尚无明显证据证明其在引力相互作用之外存在任何其他相互作用。无数的理论模型曾被提出用来解释宇宙中的暗物质,不同模型的参数跨度可以从10-20eV到数个太阳质量。也正是因为不同理论之间参数的跨度如此之大,所以不可能存在某一实验可以同时检验所有的暗物质理论。因此,人们只能把目光聚焦在某些拥有较好动机的理论,并应对这些理论进行不同方式的实验。目前最受欢迎的暗物质模型是弱相互作用大质量粒子,其可以得到十分自然的遗迹密度并且有许多粒子物理模型,如超对称理论等,可以给出相应的候选粒子。同时轴子模型由于其能够同时解释强CP破缺问题,也被人们寄予厚望。另外也有一些模型如镜像暗物质模型等,会引入新的粒子和对称性。对这些模型的研究一般可以通过地下直接探测实验,如PandaX,XENON1T等来探测其与原子核和核外电子的除引力之外的相互作用。也可以通过如Fermi-LAT,DAMPE等实验对宇宙线,光子的测量来探究宇宙中暗物质的信息,间接研究其性质。而同时地面的加速器实验如LHC等也可以通过能量消失等现象对这些模型进行相关的研究。我将在第一章中介绍暗物质概念的历史背景、对暗物质的研究现状、部分暗物质模型以及相应的探测手段。第二章主要介绍我们使用AMS-02和DAMPE的电子宇宙线数据,对不同暗物质模型的研究结果。在DAMPE的电子能谱中,1.4 TeV附近有一个疑似超出,我们分别考虑了具有中间态的普遍唯象模型,Le-Lμ模型,左右手对称模型。其中具有中间态的普遍唯象模型湮灭末态全部为电子,我们给出了中间粒子和暗物质质量比0.1、0.5、0.9的不同情况下,暗物质质量在50 GeV-104 GeV区间内时,对应10-26cm3 s-1-10-23 cm3 s-1湮灭截面的2σ排除结果。同时在存在距离为0.1 kpc,总质量为1.9×107M⊙邻近暗物质晕时,质量为～3TeV,湮灭截面为～10-26cm3s-1,中间粒子和暗物质质量比约为1的暗物质模型可以解释DAMPE在1.4 TeV的能谱结构。对Le-Lμ模型,暗物质的湮灭末态轻子为1:1的电子和μ。此时对1.4 TeV电子能谱的最佳拟合点为中间传播子质量为3053 GeV,暗物质质量为3060 GeV,湮灭截面为2.34× 10-26cm3s-1。对左右手对称模型,暗物质的湮灭末态轻子为1:1:1的电子、μ和τ。此时对1.4 TeV电子能谱的最佳拟合点为中间粒子质量为3054 GeV,暗物质质量为3060 GeV,湮灭截面为2.98 × 10-26cm3s-1。三种模型在对应的参数空间下均可解释DAMPE在1.4 TeV处的疑似超出。同时我们也考虑了可以解释muon反常磁矩的Lμ-Lτ模型,对带有较大Lμ-Lτ荷的暗物质模型,利用AMS-02的电子数据排除了 200 MeV-500 MeV质量区间内的可解释muon反常磁矩和遗迹密度的暗物质参数空间。第三章主要介绍了我们利用超辐射现象,通过超大质量黑洞的质量和自自旋数据,对极轻的暗物质模型在10-22eV-10-17eV的质量区间进行了限制。其中部分排除了 fuzzy dark matter的参数空间,同时在考虑了相互作用后,在3×10-19eV-10-17eV区间部分排除了 QCD轴子。第四章介绍了我们使用镜像暗物质和等离子体暗物质模型,对XENON1T的电子反冲实验数据中存在的3.5σ左右的超出进行了有效解释。在考虑地球所俘获的暗物质是否会影响直接探测的不同条件下,对镜像暗物质模型,在截断能量大于4keV,εα～10-12的情况下,该模型可以在一定程度上解释XENON1T的低能电子反冲实验的疑似超出。对于等离子体暗物质模型,在暗电子质量为1 MeV,暗质子质量和相互作用分别为（20 GeV,ε=6.8 × 10-12）、（200 GeV,ε=2.6 × 10-11）和（2000GeV,ε=1.4× 10-10）的情况下均可以解释实验数据,并且我们预言了在相应参数下的核子反冲实验的探测结果。第五章是我对我博士期间所做工作的总结和对未来具体工作的展望。总而言之,我们曾利用电子宇宙线、超辐射现象、XENON1T电子反冲实验等不同实验结果对不同的暗物质模型进行研究。尽管目前我们仍然没有暗物质的确凿证据。但是相信在不断的实验与理论研究中,我们正一点一点的逼近这个天文学和粒子物理学中十分重要与基本的概念。不论其到底是对引力理论的修正还是某种超出标准粒子物理模型的粒子,暗物质都将是未来基础理论物理学研究中不可逾越的一个概念。
刘小平,吕凤先[3]（2020）在《基础前沿交叉领域2019年进展与趋势》文中认为基础前沿研究具有重要战略意义,受到美欧等世界主要国家的重视。在数学及其交叉﹑物理及其交叉﹑化学及其交叉、纳米科技方面,世界主要国家部署战略﹑计划,对基础前沿交叉领域的发展进行顶层设计。对2019年基础前沿交叉领域重要进展进行分析发现,在数学研究中,黎曼假设的证明、欧拉方程的失效条件、极大数字乘法算法等取得重要进展;在标准模型研究中,反物质波粒二象性﹑电荷-宇称对称性破坏﹑五夸克态﹑中微子质量等研究取得重要进展;在对黑洞探索过程中,多国联合观测增加了人类认识宇宙的能力,2019年人类首次绘制出黑洞照片,多国科学家联合发现最大质量恒星级黑洞;在拓扑物态领域,科学家首次在块状材料中发现三维量子霍尔效应,在自然材料中筛选出大量可能具有拓扑结构的材料,改变了拓扑量子材料的研究范式;在化学合成领域,围绕预测结构与特定功能的化学合成取得重要进展;在纳米科技领域,纳米医药、碳纳米管芯片、纳米机器人、纳米器件取得重大突破。基础前沿交叉领域的进展表现出了向微观深入﹑向宏观拓展﹑绿色化﹑融合发展等特点。
李春园[4]（2020）在《暗物质寻找的研究》文中认为现代天文学和宇宙学的观测证实宇宙中存在大量的非重子暗物质,其质量约占宇宙物质总质量的85%。冷暗物质宇宙模型ACDM可以成功地模拟宇宙大尺度结构,但是难以再现星系尺度和亚星系尺度的观测结果。为了解决标准模型所面临的正反物质不对称、层级结构等问题,人们提出了多种超标准模型,例如超对称模型、额外维模型和最小希格斯模型等,这些新模型也可以给出满足暗物质特征的候选粒子。当前,对暗物质基本性质的研究已经成为粒子物理和宇宙学的重要研究课题之一。本论文主要基于暗物质的直接探测和对撞机探测来研究暗物质的相关问题。暗物质直接探测实验旨在测量地下探测器内的靶核与暗物质粒子碰撞后的微小反冲能。其中,弱相互作用大质量粒子（WIMP）是非常流行的暗物质候选粒子之一。在30多年的暗物质直接探测历史中,只有实验DAMA、实验CRESST-II、实验CoGeNT和实验CDMS-II-Si报告了暗物质的疑似信号,大部分实验只给出了暗物质质量与散射截面的参数平面的排除上限。为此,人们提出了同位旋破缺、非弹性散射、轻媒介粒子和非标准晕模型等多种机制来尝试缓解不同实验之间的矛盾。与直接探测一样,只有当暗物质粒子与标准模型的粒子有充分的相互作用时,在对撞机上才能产生可观测的暗物质信号。具有高亮度、高分辨率和清晰背景的未来正负电子对撞机将是研究暗物质的强有力的工具。另外,暗物质对撞机探测与暗物质的分布无关,并且可以与暗物质直接探测的结论互补验证。本论文主要完成了以下两方面工作:（1）我们采用自旋无关的三类有效算符并固定三组不同的同位旋破缺参数ξ和媒介粒子的质量mΦ（ξ=-0.7,mΦ=200MeV;ξ=-0.7,mΦ=1 MeV;ξ=-0.82,mΦ-1 MeV）,研究了实验CDMS-II-Si在2013年观察到的暗物质疑似信号与实验DarkSide-50和实验XENON1T等给出的最新限制之间的兼容性。在暗物质与靶核自旋无关相互作用的情况下,我们发现实验DarkSide-50和实验XENON1T给出的限制在理论上是互补的。当固定同位旋破缺参数ξ=-0.7（-0.82）时,实验XENONT（DarkSide-50）给出的排除上限可以大幅度的减弱。对于第一类算符,当ξ=-0.7,mΦ-1 MeV时,实验DarkSide-50可以在mχ（?）20 GeV的区域给出更严格的限制;当ξ=-0.82,mΦ=1 MeV时,实验DarkSide-50只能在mχ（?）5 GeV的小区域内给出更严格的限制。对于第二类和第三类算符,分析结果与此类似。我们发现,即使同时考虑同位旋破缺和轻媒介子两种机制,也不能明显缓解实验CDMS-II-Si与其他实验的矛盾。然后,我们以暗光子模型为例,在参数平面（mA’,ε）,对暗光子的混合参数ε做出了新的限制。我们发现,当固定暗物质的质量比较小如mχ=6 GeV时,实验DarkSide-50可以在暗光子质量为[1 MeV,1 GeV]的区域给出比较严格的限制。此外,我们在参数平面（mχ,mA’）中也对暗物质和暗光子的相关参数做出了新的限制。（2）暗区域（Dark Sector）内可能存在一种或多种可以联系暗物质和标准模型粒子的暗媒介子。这些媒介粒子可能是矢量粒子A’、标量粒子Φ、赝标量粒子a、轴矢量粒子Z’或费米子N。在本文中,我们研究了在正负电子对撞机上大质量暗矢量媒介子（暗光子）和暗标量媒介子的不可见产生过程e+e-→qqA’和e+e→qqΦ,并计算了相关的散射截面和运动学分布。我们发现施加适当的运动学cut后,通过分析双jet系统的运动学分布可以辨别暗光子与暗标量媒介子。然后,我们以暗光子模型为例,在暗光子只与暗物质和标准模型的夸克相互作用的假设下,研究了在正负电子对撞机（CEPC）上寻找大质量暗光子的可能性。我们固定暗物质的质量为实验CDMS-II-Si给出的最佳拟合值mχ=8.6 GeV,并根据直接探测实验的数据计算了组合参数αχε2的排除上限,然后计算了暗光子不可见衰变过程A’→χχ的分支比。我们发现,CEPC在质心能为（?）=91.2 GeV的模式下运行一年,有可能在3σ置信度下发现质量在[20,60]GeV范围内的暗光子。但是,在这种假设下,随着质心能（?）的进一步提高,信号过程的散射截面会变小,背景过程的散射截面反而变大,正负电子对撞机在更高的质心能量运行模式下（如（?）=240 GeV）反而难以发现此质量范围内的暗光子。
马鹏雄[5]（2020）在《DAMPE电荷测量、氦核能谱分析及高能天体物理研究》文中提出宇宙线的研究自19世纪末开始,历经百年的探索,人们已经对宇宙线进行了深入广泛的研究。近些年人们发现宇宙线在几百GeV处存在明显的能谱变硬特征,这一发现跟此前预测的单幂律能谱存在明显的冲突,可能对宇宙线加速、传播等物理过程有重要意义。但纵观近些年的空间宇宙线卫星实验,测量能量上限至多到几万亿电子伏特（～TeV）,与地面实验相比仍有一定的不足,对于略显观测空白的几个TeV到百TeV能段,空间实验几乎很难覆盖。主要因为高能段粒子数密度低且本身实验设备的有效观测面积较小。而这一能段恰好较好地衔接了目前空间和地面实验的能区,因此具有重要的科学意义和探索价值。宇宙线观测历史和探测方式主要在本论文第一章介绍,同时,我们也着重描述一些宇宙线探测实验以及直接和间接两类探测方式的不同。接下来的部分主要介绍本人在“悟空”号（DAMPE）的电荷测量、氦核能谱分析等方面所开展的研究工作,最后还将介绍我们在天体物理方面所开展的两项理论研究。第二章介绍我们对“悟空号”的塑闪探测器位置刻度和荧光衰减修正以及电荷重建方面所开展的研究。塑闪电荷分辨率的优劣非常依赖PSD晶体的准确位置。我们发展了一种计算晶体的位置变化的方法,结果显示全部PSD晶体在探测器坐标系的垂直方向出现较显着的移动,第一、二层PSD的平均垂直移动分别为-2 mm,-1mm;两层PSD晶体在其安装的水平面内出现逆时针的整体转动,平均转动角～0.0015 rad,所有的位置变动参数表现出随时间的稳定性,应用PSD位置标定的参数,电荷分辨率可以提高至少4%。同一种宇宙线核子因击中点不同使电离能损出现最高达到2倍左右的偏差,对此我们完成了全部PSD晶体的荧光衰减进行修正。另外,对于重核的猝灭现象和PSD不同条的读出响应有差别,我们研究提出了专门的修正方法。基于上述系列修正,我们完成了塑闪的电荷重建,其中质子和氦核的电荷分辨率可达到0.137和0.238个单位电荷。第三章中首先介绍了量能器在高能量读出时晶体饱和修正,然后重点介绍我们对DAMPE数据的分析研究以及所获的氦核能谱测量。DAMPE的氦核能谱覆盖几十GeV到几百TeV近四个量级。当量能器测量到几十TeV时,一些晶体会出现饱和,我们基于模拟数据发展了高效修正饱和的方法。利用自2016年初起,总共45个月在轨数据,得到20 GeV/n～27 TeV/n的氦核能谱,初步结果显示氦核能谱在百GeV左右存在能谱变硬特征,与AMS02的发现基本一致。此外,DAMPE氦核能谱在～10 TeV/n处存在非常显着的变软特征。DAMPE第一次以高置信水平发现了～10 TeV/n变软,与之前高空气球实验ATIC、CREAM以及空间实验NUCLEON发现的迹象一致,与一些地面实验发现的质子与氦核混合能谱存在几十TeV处的变软特征一致。在TeV-几百TeV能段,目前各种地面实验的测量差别较大,DAMPE高精度的氦核能谱对宇宙线分成分的膝区特征能量测量具有重要意义。第四章中介绍我们在高能天体物理领域的两项理论研究。首先基于DAMPE质子宇宙线能谱和AMS02、ATIC、CREAM以及地面实验YBJ-ARGO等的宇宙线能谱,利用DAMPE质子谱在～14 TeV处的变软结构进一步研究宇宙线能谱。我们发现单成分的宇宙线能谱很难同时拟合能谱变软结构和地面空气簇射实验数据。基于多成分的能谱,我们讨论了多个源模型和邻近源加背景宇宙线模型。这两类模型均可拟合从TeV至PeV的宇宙线能谱。结合目前宇宙线各向异性的研究进展,我们认为邻近源加背景宇宙线模型更加可信。基于第一例双中子星并合引力波事件GW170817的数据我们对中子星最大引力质量进行了估计。我们发现,如果该次并合形成的伽玛暴GRB 170817A的中心引擎是一个黑洞的话,那么中子星的最大引力质量一般应小于2.3 M⊙.第五章是基于上述工作的总结和对未来一段时间的工作展望。
刘凤仙[6]（2020）在《在RHIC能区Cu+Cu碰撞中轻（反）原子核与（反）超核的产生与特性研究》文中研究表明理论上认为,宇宙产生之初正反物质应该是相同的,而现实的宇宙中已经很难找到反物质的存在。反物质和普通物质的这种不对称性是现代物理学研究的一个基本问题,研究这个不对称性的深刻的物理机理是过去几十年的一个热点。由于在高能重离子碰撞实验中,最初产生高温高密核物质的环境类似于宇宙大爆炸的初始阶段产生的“火球”环境,这为在实验中研究反物质提供了一条可能的途径;也为科学家研究宇宙演化早期物质形态,寻找奇特物质和反物质提供了理想场所。借助于现代加速器技术,科学家在高能碰撞实验中已经成功产生并捕捉到了反氢原子,并对轻（反）核物质以及（反）超核物质等进行了广泛的研究。特别是（反）超核物质被发现以来,极大地促进了核物理学家对探索奇特物质（如超核、反超核和含奇异夸克的束缚态）以及超子-核子相互作用的研究工作。本论文用部分子-强子级联模型（PACIAE）模拟质心能量为200 GeV、赝快度区间为|η|<0.5、以及横动量范围为0<pT<8GeV/c的铜铜（Cu+Cu）碰撞实验,产生多粒子末态;接着用动力学约束的相空间组合模型（DCPC）组合产生轻（反）原子核（d、（?）、3He、（?）、4He、（?））和（反）超核（Λ3H、（?））。模拟研究相对论重离子碰撞中轻（反）原子核和（反）超核的产生及其特性。其中,模型参数通过拟合STAR实验组相同条件下已有的实验数据确定。首先,计算了不同中心度区间轻（反）原子核（d、（?）、3He、（?）、4He、（?））的产额、产额比,研究了它们的中心度依赖性和质量标度特性。结果表明:轻（反）原子核的产额随着中心度的增大都迅速下降,呈现出很强的中心度依赖特性;但是,反原子核对原子核的产额比随着中心度的增大保持不变。轻（反）原子核的产额随着原子核质量数的增大而很快地减小,呈现出质量的指数标度行为,即每减少单位核子数,（反）原子核的产额下降约3个数量级。同时,可以发现:随着参与碰撞的核子数（Npart）的增加,每参加碰撞核子数产生轻（反）原子核的相对产额快速增大;而且重一些的（反）原子核比轻一些的（反）原子核增加得更快,这表明参与碰撞的核子数越多越容易产生轻（反）原子核。另外,本论文还用组合参数BA讨论了合成原子核的难易程度。结果显示,产生重一些的（反）原子核比轻的（反）原子核更难。模型结果与已有的STAR实验值符合得很好。这样,本论文预言了高能Cu+Cu碰撞中不同中心度轻（反）原子核产生的产额与产额比,给出了相对论重离子碰撞中轻（反）原子核产生的质量标度特性。然后,分别计算了三个中心度区间（0-10%、10-30%、30-60%）的超氚核和反超氚核（Λ3H、（?））的产额、产额比,并与（反）氦-3核（3He、（?））以及（反）氚核（3H、（?））进行了比较。研究结果表明:（反）超氚核的产额（Λ3H、（?））与3He、（?）、3H和（?）的产额均随着中心度的增大而迅速地降低;但其反超氚核与超氚核的比值保持不变,与中心度无关;（反）超氚核对原子核质量数相同的（反）原子核（3He、（?）、3H、（?））的混合比值（Λ3H/3He、（?）/（?）、Λ3H/3H、（?）/（?））都小于1,这表明（反）超核的产额比普通（反）原子核的产额低。此外,论文中还计算了超氚核和反超氚核的奇异丰度因子S3=Λ3H/（3He×Λ/p）,其值都接近于1,这一结果进一步证实了相对论重离子碰撞中奇异夸克的相空间数与轻夸克的类似,意味着高能Cu+Cu碰撞中高温解禁夸克物质已经形成。模型研究结果也与已有的STAR实验数据符合得较好。同样,本论文用模型预言了高能Cu+Cu碰撞中不同中心度区间超氚核和反超氚核的产额、产额比和奇异丰度因子的值。最后,研究了质心能量为200 GeV的Cu+Cu碰撞中介子（π+、π-、k+、k-、kS0）、重子（p、（?）、Λ、（?））和轻（反）原子核（d、3H、（?）、3He和（?））的集体流行为,比较了正物质与反物质的集体流的差异。本论文用PACIAE模型和DCPC模型分别计算了介子、重子和轻（反）原子核椭圆流v2的横动量分布。结果发现:在高能Cu+Cu碰撞中产生的轻（反）原子核也存在集体流行为;特别是,本论文首次证明了,在误差范围内,正物质与反物质（包括介子、重子和原子核）的椭圆流的横动量分布完全相同,即正、反物质的产生和演化过程是完全对称的。这些结果都进一步证实在相对论重离子碰撞中QGP物质已经产生。计算得到的椭圆流v2的横动量分布特征与实验数据相似,在低横动量区域,模型结果与实验数据吻合较好;在高横动量区域,存在一些差异,这可能是由于模型和实验组对中心度的定义标准不同所引起。
黎群武[7]（2020）在《世界信息分类的哲学尝试》文中研究说明信息主义哲学认为,世界是信息的。所谓世界信息,是指世界上存在着的一切事物以及人脑对它们的识别。哲学上可以尝试将世界信息分为实在信息、虚在信息以及它们之间的联系信息三大类型。其中,实在信息由物质和能量组成:所有的物质都归结为粒子、反粒子或暗物质,所有的能量都归结为运动能、力学能或暗能量。虚在信息包括空间和时间两类:空间分为物理空间、虚拟空间和混合空间,时间则分为零时间、虚时间和实时间。联系信息有普遍与特殊两种方式:普遍联系可分为意识和规律,特殊联系则分为梦魂和异象。在此基础上,各类信息还可细分,但又不是无限可分。
常进[8]（2019）在《暗物质粒子空间间接探测》文中进行了进一步梳理空间间接探测是暗物质探测的重要手段。我国暗物质粒子探测卫星"悟空号"通过测量电子能谱结构、伽马射线谱线等对暗物质进行间接探测。为了满足空间实验要求,精确测量电子、核素及伽马射线的能谱结构,暗物质粒子探测卫星采用4个子探测器,从上到下分别是塑料闪烁体阵列探测器、硅微条径迹探测器、锗酸铋晶体量能器和中子探测器。它们协同工作,保证了探测效率、本底抑制能力和粒子分辨力。卫星各性能参数符合设计要求,部分指标处于世界同类探测器先进水平。根据运行前530天的数据,得到了能量高达5 TeV的电子能谱精细结构,并首次在空间发现了电子能谱在0.9 TeV的拐折行为。
程伟[9]（2019）在《标量模型下的宇宙学暴胀、电弱相变与暗物质》文中研究说明迄今为止,粒子物理学的标准模型（Standard Model,简称SM）在描述自然界中的强、弱和电磁相互作用取得了辉煌成就。但由于SM的不完整性使得它还不能处理粒子物理学和宇宙学中的诸多疑难,如宇宙视界问题与平坦性问题、宇宙重子数不对称以及暗物质的存在等。人们发现如果在宇宙热大爆炸前加入一个暴胀时期就可以解释宇宙视界问题、平坦性问题以及宇宙微波背景（Cosmic Microwave Background,简称CMB）观测到的宇宙大尺度结构。在宇宙演化过程中要产生重子数不对称,需满足萨哈洛夫所提出的三个限制条件:1)重子数（B）破缺;2)C和CP对称性破缺;3)偏离热平衡态。在电弱重子产生机制下,其中的第三个限制条件可以由强一阶电弱相变（Strong First Order Electroweak Phase Transition,简称SFOEWPT）来实现。超越粒子物理SM的新物理的引入可以在实现宇宙学暴胀解释的同时避免理论的真空稳定性、微扰性和幺正性问题。同时,为实现SFOEWPT同样需要对SM进行延拓,原因是虽然在SM框架下可以实现SFOEWPT,但需要求希格斯质量不超过80GeV,而这与欧洲大型强子对撞机LHC上的实验结果矛盾。本文旨在利用基于实标量、复标量拓展的粒子物理标准模型对宇宙学暴胀、SFOEWPT以及暗物质（Dark Matter,简称DM）同时进行研究,从而加深对于这些问题的理解。本文率先讨论了基于实标量场拓展的粒子物理标准模型。为此,在标准模型基础上,我们引入了满足O（N）整体对称性的N个实标量粒子。直到暴胀能标,稳定性、微扰性和幺正性所允许的输入参数区域范围会随着N的增大而变窄。研究表明如果引入的满足O（N）对称性的实标量粒子不能成为暗物质候选者,它的质量在暴胀可行参数区域将会被CEPC、ILC和FCC-ee实验限制在TeV能标上;电弱精确观测量对引入的标量个数限制会使SFOEWPT失效。当N个标量所满足的O（N）对称性自发破缺成O（N-1）对称性,剩余的N-1成为戈德斯通粒子,这可以充当赝中微子或通过非微扰引力效应获得质量,从而导致暗辐射。在这种情况下,一步或两步SFOEWPT可以发生在暴胀可行的（不会出现稳定性、微扰性和幺正性问题）参数区域内。在希格斯精确测量和电弱精确观测量约束下,戈德斯通粒子的数量同时也受到可观测到的暴胀现象的限制。戈德斯通粒子的数量与SFOEWPT的关系取决于相变的类型。将来可能的高能物理实验平台如CEPC、ILC和FCC-ee将会对引入的希格斯与标准模型希格斯的混合角带来限制,并有可能同时检验慢滚暴胀和SFOEWPT。本文进一步探讨了利用复标量单态扩展的SM同时实现宇宙学暴胀、SFOEWPT和暗物质的可能性。在复标量模型的势能中引入一个实的μb2质量项,当U（1）整体对称性破缺时,S→eiαS,该模型的实部将与SM希格斯耦合,赝标量将被作为暗物质候选者。基于该模型的四个独立参数,可表示出三个耦合常数λs、λh以及λhs。在复标量模型下,本文计算了满足慢滚暴胀条件和宇宙学观测量（标量谱指数、张标比和标量波动振幅）限制的暴胀能标处的耦合常数参数空间,并利用重整化群方程进一步得到其在电弱能标处的数值。利用有限温有效势的方法,本文研究了复标量模型下的SFOEWPT中两步模式的耦合常数空间。我们发现SFOEWPT的可行参数空间全部落在了宇宙学暴胀的可行参数空间之中。本文还讨论了暗物质遗迹密度,发现当前的暗物质遗迹密度也在他们重合的参数空间之中。由于希格斯窗口的暗物质-核子散射振幅的抵消使得赝标量能够在任意质量区域解释暗物质,从而避免了最强暗物质直接探测实验XENON1T对参数的限制。本文的研究表明,基于复标量扩展的SM模型可以同时解释宇宙学暴胀、SFOEWPT和暗物质的候选。
舒菁[10]（2018）在《宇宙中正（重子）物质如何起源?》文中进行了进一步梳理宇宙中的物质主要以重子类物质而非反物质存在.这一物质反物质的不对称性或者重子类物质的起源问题是长久未解决的宇宙学难题.本文着重介绍了目前很流行的电弱重子数产生机制,即在电弱相变过程中重子数产生的机制及其在超出粒子物理标准模型的新物理模型中的实现以及实验检验.首先详细介绍了该机制的物理图像.其次,因为重子数的产生需要在新物理模型中引入额外的CP（电荷共轭-宇称）破坏以克服标准模型中CP破坏强度不足的弱点,所以也对此进行了简要介绍并讨论了这类新的CP破坏源和粒子电偶极矩的精密测量以及新物理探索的关联.还讨论了另一个对于新物理模型的要求即强一阶电弱相变的实现.最后介绍了一阶电弱相变过程中随机背景引力波的产生、其在基于太空的引力波干涉仪探测器中的实验探测以及此类引力波与新物理模型探索之间的关联.其他如一阶相变过程中原初黑洞的产生及其探测也在本文中作了简要介绍.
二、黑洞、暗物质、反物质及宇宙的未来（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、黑洞、暗物质、反物质及宇宙的未来（论文提纲范文）
（1）委员“大咖”带领我们邂逅神秘宇宙世界（论文提纲范文）
| 已知的基本粒子只占5%，那剩下的呢？ |
| 物理学的发展：知道的越多，不知道的更多 |
| 奇妙的“光” |
| 利用粒子对撞机加深对宇宙起源与演化的认知 |
| 大科学装置也要考虑区域布局 |
（2）暗物质相关理论研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 引言 |
| 1.1 暗物质的概念 |
| 1.2 暗物质理论简介 |
| 第2章 基于AMS-02和DAMPE电子宇宙线的暗物质间接探测研究 |
| 2.1 宇宙线发现历史 |
| 2.2 宇宙线的传播 |
| 2.2.1 宇宙线传播的数值计算 |
| 2.2.2 太阳调制 |
| 2.3 宇宙线的探测 |
| 2.3.1 AMS-02 |
| 2.3.2 悟空号 |
| 2.4 电子宇宙线相关的暗物质间接探测研究 |
| 2.4.1 宇宙线正负电子背景 |
| 2.4.2 DAMPE电子宇宙线能谱超出的具有中间粒子的暗物质湮灭模型解释 |
| 2.4.3 DAMPE电子宇宙线能谱超出的最小左右手对称模型暗物质解释 |
| 2.4.4 轻子子群模型对AMS-02和DAMPE的电子能谱解释 |
| 第3章 利用超大质量黑洞超辐射现象限制极轻玻色子 |
| 3.1 超辐射现象简介 |
| 3.2 超辐射限制玻色子质量 |
| 3.3 超大质量黑洞质量和自旋 |
| 3.4 对低质量玻色子的限制 |
| 3.5 超辐射小结 |
| 第4章 Hidden sector暗物质对XENON1T的低能电子反冲实验的解释 |
| 4.1 XENON1T低能电子反冲异常 |
| 4.2 镜像暗物质对XENON1T低能电子反冲异常的解释 |
| 4.2.1 镜像暗物质简介 |
| 4.2.2 镜像电子解释XENON1T低能电子反冲数据 |
| 4.2.3 镜像模型小结 |
| 4.3 等离子体暗物质对XENON1T低能电子反冲异常的解释 |
| 4.3.1 等离子体暗物质简介 |
| 4.3.2 等离子体暗电子解释XENON1T低能电子反冲数据 |
| 4.3.3 等离子体暗物质模型小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（3）基础前沿交叉领域2019年进展与趋势（论文提纲范文）
| 1 基础前沿交叉领域的战略与计划部署 |
| 1.1 美欧日持续关注基础研究 |
| 1.2 美中部署数学及其交叉领域战略与计划 |
| 1.3 各国支持物理前沿基础研究 |
| 1.4 美、欧部署化学及其交叉重要方向 |
| 1.5 多国布局纳米科技研发 |
| 2 基础前沿交叉领域重要进展 |
| 2.1 数学及其交叉领域 |
| 2.2 物理及其交叉领域 |
| 2.2.1 物理基础前沿研究向微观深入 |
| 2.2.2 物理基础前沿研究向宏观拓展———黑洞 |
| 2.2.3 拓扑物态领域取得重大进展 |
| 2.3 化学及其交叉领域 |
| 2.3.1 新物质创制 |
| 2.3.2 化学合成技术向绿色化迈进 |
| 2.3.3 大数据、人工智能推动化学合成发展 |
| 2.4 纳米科技领域 |
| 3 未来发展趋势展望与建议 |
（4）暗物质寻找的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 引言 |
| 1.1 暗物质简史 |
| 1.1.1 暗物质史前阶段(古希腊时期-20世纪30年代) |
| 1.1.2 暗物质近代阶段(20世纪30年代-当前) |
| 1.2 暗物质存在的证据 |
| 1.2.1 星系的旋转曲线 |
| 1.2.2 引力透镜 |
| 1.2.3 微波背景辐射 |
| 1.2.4 大爆炸核合成理论 |
| 1.2.5 宇宙大尺度结构模拟 |
| 1.3 暗物质的起源 |
| 1.4 暗物质的分布 |
| 1.4.1 暗物质的密度分布 |
| 1.4.2 暗物质的速度分布 |
| 1.5 暗物质的性质与分类 |
| 1.6 暗物质的探测方法 |
| 1.6.1 直接探测 |
| 1.6.2 间接探测 |
| 1.6.3 对撞机探测 |
| 1.6.4 暗物质自相互作用 |
| 1.7 论文结构 |
| 第二章 暗物质直接探测与对撞机探测 |
| 2.1 暗物质直接探测原理 |
| 2.1.1 自旋无关和自旋相关的散射截面 |
| 2.1.2 暗物质直接探测的形式 |
| 2.1.3 探测信号 |
| 2.1.4 暗物质探测器分类 |
| 2.2 暗物质直接探测实验的现状 |
| 2.2.1 DAMA |
| 2.2.2 CRESST |
| 2.2.3 CoGeNT |
| 2.2.4 CDMS |
| 2.2.5 CDEX |
| 2.2.6 PandaX |
| 2.2.7 LUX |
| 2.2.8 LZ |
| 2.2.9 XENON |
| 2.2.10 XMASS |
| 2.2.11 DarkSide |
| 2.2.12 ANAIS-112 |
| 2.2.13 COSINE-100 |
| 2.2.14 PICO |
| 2.2.15 DRIFT |
| 2.2.16 NEWS-G |
| 2.3 暗物质对撞机探测理论与模型 |
| 2.3.1 有效场理论 |
| 2.3.2 简单模型 |
| 2.3.3 趋向完备模型 |
| 2.4 暗物质对撞机探测实验的现状 |
| 2.4.1 大型强子对撞机实验 |
| 2.4.2 未来正负电子对撞机实验 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 直接探测实验对暗物质相互作用的限制 |
| 3.1 轻媒介子和同位旋破缺相互作用 |
| 3.1.1 带有轻媒介子的有效算符理论 |
| 3.1.2 同位旋破缺 |
| 3.1.3 预期的事例率 |
| 3.2 直接探测实验的数据与分析 |
| 3.2.1 直接探测实验的相关数据 |
| 3.2.2 实验分析结果 |
| 3.3 直接探测实验对暗光子相关参数的限制 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 在正负电子对撞机上寻找大质量的暗光子 |
| 4.1 暗光子和暗标量媒介子 |
| 4.2 暗光子和暗标量媒介子的产生过程 |
| 4.2.1 相互作用截面和运动学分布 |
| 4.2.2 区分暗光子和暗标量媒介子 |
| 4.3 在CEPC上探寻大质量暗光子的可能性 |
| 4.3.1 暗光子不可见衰变分支比 |
| 4.3.2 从背景中辨别暗光子信号 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 附录A 暗光子的衰变宽度 |
| 致谢 |
| 博士期间发表的论文 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（5）DAMPE电荷测量、氦核能谱分析及高能天体物理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 引言 |
| 1.1 宇宙线的早期研究 |
| 1.1.1 宇宙线的发现 |
| 1.1.2 宇宙线的能量研究 |
| 1.1.3 宇宙线的广延空气簇射及核子相互作用 |
| 1.2 宇宙线的两大类探测方法 |
| 1.2.1 宇宙线的空间探测 |
| 1.2.2 宇宙线的地面探测 |
| 1.3 小结 |
| 第2章 DAMPE探测器几何位置校准与电荷测量 |
| 2.1 塑闪探测单元的位置校准 |
| 2.1.1 位置校准的目的与方法 |
| 2.1.2 挑选用于位置校准的样本 |
| 2.1.3 位置校准的最小二乘迭代算法 |
| 2.1.4 塑闪位置校准的应用 |
| 2.1.5 塑闪探测单元位置的稳定性 |
| 2.1.6 位置校准方法的模拟验证 |
| 2.1.7 小结 |
| 2.2 量能器探测单元几何位置校准 |
| 2.3 塑闪电荷重建 |
| 2.3.1 塑闪荧光衰减修正 |
| 2.3.2 塑闪电荷重建方法 |
| 第3章 氦核宇宙线能谱测量 |
| 3.1 氦核宇宙线测量现状和进展 |
| 3.1.1 先进薄电离量能器的氦核能谱 |
| 3.1.2 PAMELA实验的氦核能谱 |
| 3.1.3 CREAM实验的氦核能谱 |
| 3.1.4 AMS02实验的氦核能谱 |
| 3.2 “悟空号”量能器高能晶体饱和现象及修正方法 |
| 3.2.1 量能器晶体饱和读出简述 |
| 3.2.2 饱和修正方法 |
| 3.2.3 饱和修正效果 |
| 3.3 “悟空号”氦核能谱的测量 |
| 3.3.1 氦核宇宙线挑选 |
| 3.3.2 PSD电荷匹配和有效接收度计算 |
| 3.3.3 氦核中背景污染估计 |
| 3.3.4 能谱反卷积 |
| 3.3.5 DAMPE的氦核能谱 |
| 3.3.6 氦核系统误差分析 |
| 第4章 高能天体物理研究 |
| 4.1 “悟空号”质子宇宙线能谱在大约10 TeV处的变软结构的起源研究 |
| 4.1.1 宇宙线能谱结构现状的介绍 |
| 4.1.2 能谱变软的起源 |
| 4.1.3 小结 |
| 4.2 中子星最大引力质量的限制 |
| 4.2.1 双中子星并合形成超大质量中子星的简化方法 |
| 4.2.2 可产生并合致密星的状态方程 |
| 4.2.3 j/j_(Kep)限制最大引力质量的作用 |
| 4.2.4 小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（6）在RHIC能区Cu+Cu碰撞中轻（反）原子核与（反）超核的产生与特性研究（论文提纲范文）
| 作者简历 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 引言 |
| 第二章 反核物质产生的理论与实验 |
| 2.1 反物质与对称性(Dirac方程) |
| 2.2 高能碰撞实验中轻(反)原子核和(反)超核的产生 |
| 2.3 高能碰撞实验中反核物质的发现 |
| 2.3.1 早期实验中反物质的发现 |
| 2.3.2 RHIC和 STAR实验中反核物质的产生 |
| 2.4 轻(反)原子核产生的模拟研究 |
| 第三章 高能碰撞的输运模型与动力学约束相空间组合模型 |
| 3.1 部分子-强子级联模型(PACIAE) |
| 3.2 动力学约束的相空间组合模型(DCPC) |
| 第四章 高能Cu+Cu碰撞中轻(反)原子核的产生 |
| 4.1 STAR实验介绍 |
| 4.2 产额与产额比的计算 |
| 4.3 组合参数的研究 |
| 4.4 质量标度特性的研究 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 高能Cu+Cu碰撞中(反)超核的产生 |
| 5.1 超核与反超核的发现 |
| 5.2 产额与产额比的计算 |
| 5.3 超核与普通原子核的特性比较 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 高能Cu+Cu碰撞中介子、重子和轻核的集体流 |
| 6.1 椭圆流介绍 |
| 6.2 Cu+Cu碰撞中椭圆流的计算 |
| 6.3 正、反物质椭圆流的比较 |
| 6.4 小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
（7）世界信息分类的哲学尝试（论文提纲范文）
| 一、实在信息 |
| (一)物质信息 |
| 1．粒子 |
| 2．反粒子 |
| 3．暗物质 |
| (二)能量信息 |
| 1．运动能 |
| 2．力学能 |
| 3．暗能量 |
| 二、虚在信息 |
| (一)空间信息 |
| 1．物理空间 |
| 2．虚拟空间 |
| 3．混合空间 |
| (二)时间信息 |
| 1．零时间 |
| 2．虚时间 |
| 3．实时间 |
| 三、联系信息 |
| (一)普遍联系 |
| 1．意识信息 |
| (1)初级意识 |
| (2)中级意识 |
| (3)高级意识 |
| 2．规律信息 |
| (1)自然规律 |
| (2)社会规律 |
| (3)思维规律 |
| (二)特殊联系 |
| 1．梦魂信息(1)梦幻 |
| 2．异象信息 |
| (1)物理异象 |
| (2)化学异象 |
| (3)生物异象 |
| (4)人类异象 |
（8）暗物质粒子空间间接探测（论文提纲范文）
| 0 引言 |
| 1 暗物质及其探测方法 |
| 1.1 暗物质与暗能量 |
| 1.2 暗物质粒子探测方法 |
| 2 空间间接探测暗物质 |
| 3 “悟空号”暗物质粒子探测卫星 |
| 4 暗物质粒子探测卫星的在轨运行情况 |
| 5 暗物质粒子探测卫星的数据处理和最新结果 |
| 6 总结及展望 |
（9）标量模型下的宇宙学暴胀、电弱相变与暗物质（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| 英文摘要 |
| 1 引言 |
| 2 早期宇宙学现象 |
| 2.1 宇宙学暴胀 |
| 2.1.1 标准宇宙学三大疑难 |
| 2.1.2 暴胀对三大疑难的解释 |
| 2.1.3 暴胀理论的检验 |
| 2.2 重子生成 |
| 2.3 暗物质 |
| 2.3.1 暗物质存在的证据 |
| 2.3.2 暗物质理论简介 |
| 2.3.3 暗物质的探测 |
| 3 实标量模型下的宇宙学暴胀、电弱相变与暗物质 |
| 3.1 模型与限制 |
| 3.1.1 O(N)对称性下的实标量暗物质模型 |
| 3.1.2 O(N→N-1)对称性下的实标量暗物质模型 |
| 3.1.3 理论限制 |
| 3.1.4 Higgs精确测量限制 |
| 3.2 宇宙学暴胀 |
| 3.2.1 O(N)对称性下的Higgs窗口暴胀动力学 |
| 3.2.2 O(N→N-1)对称性下的Higgs窗口暴胀动力学 |
| 3.3 电弱相变 |
| 3.3.1 O(N)对称性下的强一阶电弱相变 |
| 3.3.2 O(N→N-1)对称性下的强一阶电弱相变 |
| 3.4 暗物质与暗辐射 |
| 3.5 数值结果与讨论 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 复标量模型下的宇宙学暴胀、电弱相变与暗物质 |
| 4.1 U(l)整体对称性破缺的复标量暗物质模型 |
| 4.2 复标量模型下的暴胀动力学 |
| 4.3 电弱相变 |
| 4.3.1 复标量模型下高温有效势 |
| 4.3.2 复标量模型下相变模式-强一阶电弱相变 |
| 4.3.3 复标量模型下临界温度与临界场计算 |
| 4.4 复标量模型下的暗物质 |
| 4.4.1 暗物质遗迹密度 |
| 4.4.2 暗物质-核子散射 |
| 4.5 数值结果与讨论 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 总结和展望 |
| 5.1 本文总结 |
| 5.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| A 一圈重整化群方程 |
| B 电弱相变 |
| C O(N)对称性下的暗物质计算方法 |
| D 场依赖的质量和热质量 |
| E 暗物质湮灭截面 |
| F 博士期间发表和待发表论文 |
| G 博士期间主持或参与的科研项目 |
| H 博士期间参加的学术交流活动 |
| I 学位论文数据集 |
| 致谢 |
四、黑洞、暗物质、反物质及宇宙的未来（论文参考文献）
- [1]委员“大咖”带领我们邂逅神秘宇宙世界[N]. 王硕. 人民政协报, 2022
- [2]暗物质相关理论研究[D]. 祖磊. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [3]基础前沿交叉领域2019年进展与趋势[J]. 刘小平,吕凤先. 世界科技研究与发展, 2020(06)
- [4]暗物质寻找的研究[D]. 李春园. 山东大学, 2020(10)
- [5]DAMPE电荷测量、氦核能谱分析及高能天体物理研究[D]. 马鹏雄. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [6]在RHIC能区Cu+Cu碰撞中轻（反）原子核与（反）超核的产生与特性研究[D]. 刘凤仙. 中国地质大学, 2020(03)
- [7]世界信息分类的哲学尝试[J]. 黎群武. 湖北科技学院学报, 2020(01)
- [8]暗物质粒子空间间接探测[J]. 常进. 上海航天, 2019(04)
- [9]标量模型下的宇宙学暴胀、电弱相变与暗物质[D]. 程伟. 重庆大学, 2019(01)
- [10]宇宙中正（重子）物质如何起源?[J]. 舒菁. 科学通报, 2018(24)