Кафедра фундаментальных взамодействий и космологии

Введение в астрофизику частиц

Лектор: М.Ю. Кузнецов

Время проведения: пн., 16:50

Форма отчётности: экзамен

Программа курса:

I. Введение. Что изучает астрофизика частиц.
1. Пример: сверхновая с коллапсом ядра и ее нейтринное излучение. Ограничения на параметры новой физики из наблюдений сверхновой SN1987A.
II. Темная материя.
2. Наблюдательные указания на присутствие невидимой материи. Общие ограничения на свойства частиц темной материи из наблюдений.
3. Слабовзаимодействующие массивные частицы как естественный кандидат на роль темной материи.
4. Непрямой поиск сигнала темной материи в различных астрофизических данных.
III. Космические лучи ультравысоких энергий (КЛУВЭ).
5. Наблюдаемые свойства КЛУВЭ: плотность потока, спектр, способы измерения. Распространение космических лучей в межзвездной среде. Эффект Грейзена-Зацепина-Кузьмина. Отклонение в магнитных полях.
6. Ускорения космические лучей до ультравысоких энергий. Массовый состав КЛУВЭ. Возможные источники.
7. Поиск источников КЛУВЭ. Анизотропия наблюдаемого потока, характерные сигнатуры для поиска. Общая схема поиска статистических корреляций в данных.
IV. Космические магнитные поля.
8. Галактическое магнитное поле, поля внегалактических структур, крупномасштабное внегалактическое поле. Возможные механизмы происхождения космических магнитных полей.
9. Распространение заряженных частиц и электромагнитных каскадов в магнитных полях. Электромагнитные каскады и ограничения на внегалактическое магнитное поле.
10. Плотность электронов в межзвездной среде. Фарадеевское вращение и ограничения на внегалактическое магнитное поле. Ограничения на магнитные поля из наблюдений КЛУВЭ.
V. Космические лучи сверхвысоких энергий (КЛСВЭ).
11. Наблюдаемые свойства КЛCВЭ: плотность потока, спектр, состав. Особенности распространения КЛСВЭ в межзвездной среде. Возможные источники в Млечном Пути (певатроны).
12. Многоволновой (multimessenger) поиск и исследование источников: потоки высокоэнергичных фотонов и нейтрино от певатронов.
VI. Космические нейтрино сверхвысоких энергий.
13. Способы измерения, плотность потока, спектр. Возможные источники.
VII*. Вторичные сигналы от распространение КЛУВЭ в межзвездной среде.
14*. Космогенные фотоны, космогенные нейтрино. Вторичные сигналы как независимая сигнатура массового состава КЛУВЭ. Зависимость от интенсивности космических фоновых излучений. Перспективы наблюдения.

* факультативно

Рекомендуемая литература:

Литература:
1. G.Raffelt, Astrophysical axion bounds, Lect. Notes Phys. 741, 51 (2008), [arXiv:hep-ph/0611350 [hep-ph]].
2. Д.С. Горбунов, В.А. Рубаков, «Введение в теорию ранней Вселенной. Теория горячего Большого взрыва», М.: УРСС, 2008.
3. G.Bertone, D.Hooper and J.Silk, Particle dark matter: Evidence, candidates and constraints, Phys. Rept. 405, 279 (2005), [arXiv:hep-ph/0404175 [hep-ph]].
4. T.Gaisser, R.Engel and E.Resconi, Cosmic Rays and Particle Physics, Cambridge University Press, 2016.
5. С.В. Троицкий, Космические частицы с энергиями выше 10^19 эВ: краткий обзор результатов, УФН 183 323-330, (2013).
6. Я.Б. Зельдович, А.А. Рузмайкин, Д.Д. Соколов, Магнитные поля в астрофизике, Ижевск: РХД, 2006.
7. R.Durrer and A.Neronov, Cosmological Magnetic Fields: Their Generation, Evolution and Observation, Astron. Astrophys. Rev. 21, 62 (2013), [arXiv:1303.7121 [astro-ph.CO]].
8. С.В. Троицкий, Ограничения на модели происхождения астрофизических нейтрино высоких энергий, УФН 191 1333–1360 (2021).