The Search for Ultralight Bosonic Dark Matter

مجموعه اندازه‌گیری‌های اخترفیزیکی نشان می‌دهد که بیشتر ماده در کیهان یک ماده نامرئی و غیر درخشان است که فیزیکدانان آن را «ماده تاریک» می‌نامند. درک ماهیت ماده تاریک یکی از بزرگترین چالش‌های فیزیک مدرن است و برای نظریه‌های کیهان‌شناسی و فیزیک ذرات ما از اهمیت بالایی برخوردار است. این متن یکی از فرضیه‌های اصلی برای توضیح ماده تاریک را بررسی می‌کند: این که از بوزون‌های فوق سبک تشکیل شده است که یک میدان نوسانی را تشکیل می‌دهند که به‌طور ضعیفی با نور و ماده برهم‌کنش دارد. بسیاری از آزمایش‌های جدید در دهه گذشته برای آزمایش این فرضیه ظهور کرده‌اند که شامل حفره‌های مایکروویو پیشرفته، اندازه‌گیری‌های دقیق تشدید مغناطیسی هسته‌ای (NMR)، «رادیوها» ماده تاریک، و شبکه‌های جهانی هماهنگ ساعت‌های اتمی، مغناطیس‌سنج‌ها، و تداخل سنج ها ویراستاران متخصصان برجسته را از سراسر جهان گردآوری کرده‌اند تا نظریه‌های انگیزه‌دهنده این جستجوها، شواهدی در مورد ماده تاریک از اخترفیزیک، و تکنیک‌های آزمایشی متنوعی که در جست‌وجوی ماده تاریک بوزونی فوق‌سبک به کار می‌رود را ارائه کنند.

متن مقدمه‌ای جامع و قابل دسترس برای این زمینه تحقیقاتی شکوفا برای دانشجویان پیشرفته، دانشجویان تازه‌کار، یا هرکسی که تازه وارد این رشته شده است، با آموزش‌ها و مشکلات حل شده در هر زمینه ارائه می‌کند. فصل ماهیت چندوجهی تحقیق – ترکیب ایده‌ها و روش‌هایی از فیزیک اتمی، مولکولی، و نوری، فیزیک هسته‌ای، فیزیک ماده چگال، مهندسی برق، فیزیک ذرات، اخترفیزیک و کیهان‌شناسی – این رویکرد مقدماتی را برای محققان مبتدی و همچنین اعضا جذاب می‌کند. از جامعه علمی گسترده تر

این یک کتاب با دسترسی آزاد است.

A host of astrophysical measurements suggest that most of the matter in the Universe is an invisible, nonluminous substance that physicists call “dark matter.” Understanding the nature of dark matter is one of the greatest challenges of modern physics and is of paramount importance to our theories of cosmology and particle physics. This text explores one of the leading hypotheses to explain dark matter: that it consists of ultralight bosons forming an oscillating field that feebly interacts with light and matter. Many new experiments have emerged over the last decade to test this hypothesis, involving state-of-the-art microwave cavities, precision nuclear magnetic resonance (NMR) measurements, dark matter “radios,” and synchronized global networks of atomic clocks, magnetometers, and interferometers. The editors have gathered leading experts from around the world to present the theories motivating these searches, evidence about dark matter from astrophysics, and the diverse experimental techniques employed in searches for ultralight bosonic dark matter.

The text provides a comprehensive and accessible introduction to this blossoming field of research for advanced undergraduates, beginning graduate students, or anyone new to the field, with tutorials and solved problems in every chapter. The multifaceted nature of the research – combining ideas and methods from atomic, molecular, and optical physics, nuclear physics, condensed matter physics, electrical engineering, particle physics, astrophysics, and cosmology – makes this introductory approach attractive for beginning researchers as well as members of the broader scientific community.  

This is an open access book.