Астрофизика частиц для МФТИ (2013/14 уч. год)

Аннотация

О курсе

Об авторе

План курса

1. Введение
   • что и как изучает астрофизика частиц; примеры
     • нейтрино от сверхновой 1987А, модели взрывов сверхновых типа II и ограничения на модели физики частиц. Пример: КК-гравитоны в моделях с большими дополнительными пространственными измерениями.
     Материалы лекций и задачи PDF
   • базовые сведения из астрофизики: астрофизические объекты и их характеристики - потоки излучения, расстояния, основные физические параметры
   • методы определения параметров источников: что могут и чего не могут современные астрономические инструменты
     Материалы лекций и задачи: PDF
2. Ускорение частиц и нетепловое излучение в астрофизике
   • излучение релятивистских частиц (синхротронное, изгибное, обратно-комптоновское)
   • электромагнитные каскады
     • Пример 1. Вселенная как калориметр.
     • Пример 2. Взаимодействие фотонов с новыми частицами и (не)прозрачность Вселенной.
   • основные механизмы ускорения
   • максимальная энергия и спектр ускоренных частиц
3. Звезды: строение и эволюция, ограничения на новую физику
   • внутреннее строение Солнца и обычных звезд
     • Пример: общие ограничения на новую физику из факта существования звезд
   • горение звезд и их эволюция. Ограничения на новые частицы из звездной эволюции
     • Пример: аксион-фотонное взаимодействие и звезды горизонтальной последовательности.
   • вырожденные звезды - белые карлики: их физическое описание, функция светимости, ограничения на новые частицы из скорости остывания
     • Пример: аксион-электронное взаимодействие.
   • нейтронные звезды, пульсары и магнетары
     • Пример 1: Стабильность нейтронных звезд и безопасность Большого адронного коллайдера.
     • Пример 2: Эффекты сверхсильного магнитного поля. Нестандартные взаимодействия нейтрино.
4. Астрономия высоких энергий
   • диффузное гамма-излучение. FERMI bubbles.
     • Пример: поиск сигналов аннигиляции или распадов слабовзаимодействующих частиц темной материи в гамма-излучении.
   • точечные источники в МэВ-ГэВ диапазоне
     • активные ядра галактик: определение, классификация, структура и источники энергии, объединенная схема
     • блазары и IR/TeV кризис
     • Пример: смешивание фотонов с новыми частицами - осцилляции, поляризационные эффекты, длина свободного пробега.
5. Нефотонная астрономия
   • нейтрино
     • детектирование нейтрино
     • солнечные нейтрино, гелиосейсмология и проблемы солнечных моделей
     • Пример: концентрация частиц темной материи в центре Солнца
     • астрофизические нейтрино высоких энергий
   • космические лучи (протоны и ядра)
     • Пример: антивещество в космических лучах низкой энергии
   • космические лучи высоких энергий (широкие атмосферные ливни)
6. Космические частицы сверхвысоких энергий
   • экспериментальные результаты, проблемы и противоречия
   • ускорение частиц до сверхвысоких энергий
   • распространение частиц сверхвысоких энергий
     • Пример: модели неускорительного происхождения наиболее энергичных частиц - сверхтяжелая темная материя, топологические дефекты
7. Ограничения на новые частицы из эволюции Вселенной
   • темная материя и перезакрытие Вселенной
   • нуклеосинтез
8. Астрофизические ограничения на другие модели новой физики
   • изменение со временем констант взаимодействия
   • электромагнитные взаимодействия нейтрино
   • масса и заряд фотона
   • прочее

Литература

• B.W. Carroll, D.A. Ostlie. «An introduction to modern astrophysics.» Pearson/Addison Wesley, 2007.
• G.G. Raffelt. «Stars as laboratories for fundamental physics.» Univ. of Chicago Press, 1996.
• А.В. Засов, К.А. Постнов. «Общая астрофизика.» Век-2, 2006.
• C.D. Dermer, G. Menon «High energy radiation from black holes: gamma rays, cosmic rays, and neutrinos.» Princeton University Press, 2009.
• F.A. Aharonian. «Very high energy cosmic gamma radiation.» World Scientific, 2004.
• М. Vietri. «Foundations of high-energy astrophysics.» Univ. of Chicago Press, 2008.