Введение в теорию ранней Вселенной. Теория горячего Большого взрыва

Д.С. Горбунов

Обложка:


Предисловие
1. Космология. Краткий обзор
1.1. О единицах измерения
1.2. Вселенная сегодня
1.2.1. Однородность и изотропия
1.2.2. Расширение
1.2.3. Время жизни Вселенной и размер ее наблюдаемой части
1.2.4. Пространственная плоскостность
1.2.5. "Теплая" Вселенная
1.3. Баланс энергий в современной Вселенной
1.4. Вселенная в будущем
1.5. Вселенная в прошлом
1.5.1. Рекомбинация
1.5.2. Первичный нуклеосинтез
1.5.3. Закалка нейтрино
1.5.4. Фазовые переходы во Вселенной
1.5.5. Генерация барионной асимметрии
1.5.6. Генерация темной материи
1.6. Образование структур во Вселенной
1.7. Инфляционная стадия
2. Однородная изотропная Вселенная
2.1. Однородные изотропные пространства
2.2. Метрика Фридмана--Робертсона--Уокера
2.3. Красное смещение. Закон Хаббла
2.4. Замедление относительного движения
2.5. Газы свободных частиц в расширяющейся Вселенной
3. Динамика расширения Вселенной
3.1. Уравнение Фридмана
3.2. Примеры космологических решений. Возраст Вселенной. Космологический горизонт
3.2.1. Нерелятивистское вещество ("пыль")
3.2.2. Ультрарелятивистское вещество ("радиация")
3.2.3. Вакуум
3.2.4. Уравнение состояния p=w
3.3. Решения с реколлапсом
4. '03CDM: космологическая модель с темной материей и темной энергией
4.1. Современный состав Вселенной
4.2. Общие свойства эволюции Вселенной
4.3. Переход от замедления к ускорению
4.4. Переход от радиационно-доминированной к пылевидной стадии
4.5. Возраст современной Вселенной и размер горизонта
4.6. Соотношение "видимая яркость -- красное смещение" для удаленных стандартных свеч
4.7. Угловые размеры удаленных объектов
4.8. Квинтэссенция
4.8.1. Особенности эволюции однородного скалярного поля в расширяющейся Вселенной
4.8.2. Ускоренное расширение Вселенной за счет скалярного поля
4.8.3. Следящее поле
5. Термодинамика в расширяющейся Вселенной
5.1. Функции распределения бозонов и фермионов
5.2. Энтропия в расширяющейся Вселенной. Барион-фотонное отношение
5.3. *Модели с промежуточной пылевидной стадией: генерация энтропии
5.4. *Неравновесные процессы
6. Рекомбинация
6.1. Температура рекомбинации
6.2. Последнее рассеяние фотонов
6.3. *Выполнение условий термодинамического равновесия
6.4. Горизонт на момент рекомбинации и угол, под которым он виден сегодня. Пространственная плоскостность Вселенной
7. Реликтовые нейтрино
7.1. Температура закалки нейтрино
7.2. Эффективная температура нейтрино. Космологическое ограничение на массу нейтрино
7.3. *Стерильные нейтрино
8. Первичный нуклеосинтез
8.1. Закалка нейтронов. Нейтрон-протонное отношение
8.2. Начало нуклеосинтеза. Направление термоядерных реакций
8.3. Кинетика нуклеосинтеза
8.3.1. Горение нейтронов, p+nD +!
8.3.2. Горение дейтерия
8.3.3.*Образование первичных 3 He и 3H
8.3.4. *Образование и горение наиболее тяжелых ядер первичной плазмы
8.4. Наблюдаемая распространенность первичных элементов
9. Темная материя
9.1. Холодная, горячая и теплая темная материя
9.2. Закалка тяжелых реликтовых частиц
9.3. Слабовзаимодействующие массивные частицы (WIMPs)
9.4. Другие применения результатов раздела 9.2
9.4.1. Остаточная плотность барионов в барион-симметричной Вселенной
9.4.2. *Тяжелые нейтрино
9.5. Новые частицы -- кандидаты на роль темной материи
9.6. *Стабильные частицы в суперсимметричных теориях
9.6.1. Нейтралино
9.6.2. Снейтрино
9.6.3. Гравитино
9.7. *Другие кандидаты
9.7.1. Аксионы и другие легкие долгоживущие частицы
9.7.2. Сверхтяжелые реликтовые частицы
9.7.3. Экзотика
10. Фазовые переходы в ранней Вселенной
10.1. Типы фазовых переходов
10.2. Эффективный потенциал в однопетлевом приближении
10.3. Инфракрасная проблема
11. Генерация барионной асимметрии
11.1. Необходимые условия генерации асимметрии
11.2. Несохранение барионного и лептонных чисел во взаимодействиях частиц
11.2.1. Электрослабый механизм
11.2.2. Нарушение барионного числа в теориях Большого объединения
11.2.3. Несохранение лептонных чисел и майорановские массы нейтрино
11.3. Генерация асимметрии в распадах частиц
11.4. Барионная асимметрия и массы нейтрино: лептогенезис
11.5. Электрослабый бариогенезис
11.5.1. Условия нарушения термодинамического равновесия
11.5.2. *Генерация барионной асимметрии на толстой, медленно движущейся стенке
11.5.3. *Бариогенезис на тонкой стенке
11.6. *Механизм Аффлека--Дайна
11.6.1. Скалярные поля, несущие барионное число
11.6.2. Генерация асимметрии
11.7. Заключительные замечания
12. Топологические дефекты и солитоны во Вселенной
12.1. Образование топологических дефектов в ранней Вселенной
12.2. *Монополи т'Хоофта--Полякова
12.2.1. Монополи в калибровочных теориях
12.2.2. Механизм Киббла
12.2.3. Остаточная концентрация: проблема монополей
12.3. *Космические струны
12.3.1. Струнные конфигурации
12.3.2. Газ космических струн
12.3.3. Дефицит угла
12.3.4. Струны во Вселенной
12.4. *Доменные стенки
12.5. *Текстуры
12.6. *Гибридные топологические дефекты
12.7. *Нетопологические солитоны: Q-шары
12.7.1. Модель с двумя полями
12.7.2. Модели с плоскими направлениями
A Элементы общей теории относительности
A.1. Тензоры в искривленном пространстве-времени
A.2. Ковариантная производная
A.3. Тензор кривизны
A.4. Уравнения гравитационного поля
A.5. Конформно-связанные метрики
A.6. Взаимодействие материи с гравитационным полем. Тензор энергии-импульса
A.7. Движение частиц в гравитационном поле
A.8. Ньютоновский предел в общей теории относительности
A.9. Линеаризованные уравнения Эйнштейна на фоне пространства Минковского
A.10. Макроскопический тензор энергии-импульса
A.11. Обозначения и соглашения
B Стандартная модель физики частиц
B.1. Описание Стандартной модели
B.2. Глобальные симметрии Стандартной модели
B.3. C-, P-, T-преобразования
B.4. Смешивание кварков
B.5. Эффективная теория Ферми
B.6. Особенности сильных взаимодействий
B.7. Эффективное число степеней свободы в Стандартной модели
C Осцилляции нейтрино
C.1. Смешивание нейтрино и осцилляции
C.1.1. Вакуумные осцилляции
C.1.2. Осцилляции трех типов нейтрино в частных случаях
C.1.3. Эффект Михеева--Смирнова--Вольфенштейна
C.2. Наблюдения нейтринных осцилляций
C.2.1. Солнечные нейтрино и KamLAND
C.2.2. Атмосферные нейтрино, K2K и MINOS
C.2.3. CHOOZ: ограничение на |Ue3|
C.3. Значения параметров осцилляций
C.4. Дираковские и майорановские массы. Стерильные нейтрино
C.5. Прямые поиски масс нейтрино
D Квантовая теория поля при конечных температурах
D.1. Бозонные поля: евклидово время и периодические граничные условия
D.2. Фермионные поля: антипериодические условия
D.3. Теория возмущений
D.4. Однопетлевой эффективный потенциал
D.5. Дебаевская экранировка
Монографии, обзоры
Литература
Предметный указатель