TASI 暗物质粒子物理与天体物理讲座

这些关于暗物质（DM）粒子物理与天体物理的讲义于 TASI 2022“希格斯发现十年后：粒子物理的现在与未来”讲授。这些讲义面向高级研究生与初入博士后水平，聚焦于对粒子 DM 模型的间接（即天体物理与宇宙学）探测。尽管广泛讨论了 DM 模型与间接探测，但弱相互作用大质量粒子（WIMP）与轴子的实例被详细推导。涵盖主题包括：DM 在结构形成宇宙学与天体物理中的作用，包括星系中 DM 密度轮廓；对粒子 DM 模型的一般约束；最小 DM 理论，以 higgsino 作为相关且具说明性的例子；利用伽马射线的间接探测，包括利用即将建成的切伦科夫望远镜阵列；轴子作为强 CP 问题解决方案与 DM 候选者，包括对其可能的紫外完备及轴子弦宇宙学的讨论；以及轴子的天体物理探测，如利用等曲率扰动、$N_{\rm eff}$、黑洞超辐射、射电望远镜、谱调制、恒星偏振与恒星冷却等。提供了示例 Jupyter 笔记本引导读者进行相关分析，包括利用费米大面积望远镜伽马射线数据对 Segue I 矮星系方向 DM 湮灭搜寻的示例统计分析，该分析与银河系中心超出现象的 DM 解释相关。我们还提供了面向粒子与天体粒子物理的频率学派统计导论。这些讲义意在教学，重点阐释基础物理原理与分析技术，它们将在未来十年搜寻粒子 DM 中发挥关键作用。