暗物质模型简介

本文简单介绍了一些关于暗物质的模型研究,首先概述了暗物质的发现和大致的研究框架,并介绍了一些自然的暗物质候选者,如轴子和超对称模型中的Neutralino等,随后我们讨论一些具体模型和由实验诱导的一些模型.     

大统一理论和质子衰变

自然界存在4种基本相互作用:强、弱、超荷和引力相互作用,故如何构造一种大统一理论来描述所有的基本相互作用是一个非常重要的基本问题.本文首先简单介绍了标准模型及其问题.考虑U(1)_Y超荷正则归一化因子和大沙漠假定(grand desert hypothesis),可以在TeV能标左右引入新的粒子来得到标准模型规范耦合常数的统一,其中特别解释了超对称标准模型.在四维大统一模型中,介绍了Pati-Salam SU(4)_C×SU(2)_L×SU(2)_R模型,Georgi-Glashow SU(5)模型,Flipped SU(5)×U(1)_X模型和SO(10)模型,其中详细介绍了非超对称和超对称SU(5)模型,并讨论了其正确的预言、存在的问题及其解决方案和质子衰变等.还简单介绍了高维Orbifold大统一模型和超弦模型.最后讨论了如何探寻大统一理论:在对撞机上寻找新的粒子及其粒子特性、质子衰变的现在和将来的实验检验以及可能的新探测方案.     

额外维存在性的理论探讨

是否存在超出我们生活的4维时空的额外维度是一个有趣而重要的问题.本文从理论角度探讨这一问题,先讨论了早期引力与电磁相互作用统一的5维卡鲁扎-克莱茵(Kaluza-Klein,KK)-理论,然后介绍了超对称和超引力与额外维的关联,最后介绍了弦理论和M-理论,并解释为何超弦理论本身的完善要求存在一个时空维度最大可以是11维的M-理论.至少从经典层面上,额外维对超对称和超引力来说仅仅是一种选择,不是必须的.目前,除4维N=8超引力理论有可能是一个自洽的量子引力理论,其他4维和高维的超引力理论紫外都有问题,需要考虑新的物理自由度,对应的紫外完善理论很可能就是弦/M-理论.弦理论对额外维的要求有所不同,其微扰量子自洽性要求额外维必须存在.例如,对超弦理论,时空必须是10维的.如果弦/M-理论的确是描述物质和相互作用的基本理论,那额外维就一定存在,同时需要对额外的空间维度作紧致化,且其尺度必须小于目前的实验限制.本文也讨论了一些相关唯象大额外维理论.