Apesar das primeiras evidências para sua existência terem surgido há cerca de oito décadas, a pesquisa em matéria escura tem tido um crescimento notável nos últimos anos. Por um lado, um vasto conjunto de observações astronômicas cobrindo diferentes fenômenos físicos vem confirmando sistematicamente que a maior parte da matéria no Universo não é composta pelas partículas do modelo padrão das interações fundamentais (como elétrons, prótons, nêutrons, etc.). Entre esses observáveis, um dos mais determinantes foi a utilização das lentes gravitacionais, que ganhou força no início do século XXI. Por outro lado, surgiu um candidato motivado por extensões do modelo padrão: as partículas massivas fracamente interagentes (WIMPs), o que levou a um grande esforço experimental para tentar detectá-las e que foi infrutífero até agora. Isso motivou o desenvolvimento de uma miríade de novos modelos de matéria escura e de dezenas de experimentos específicos para tentar detectá-la, além de buscas astrofísicas e em aceleradores de partículas. A física da matéria escura tornou-se uma área interdisciplinar envolvendo desde a matéria condensada até física de partículas e cosmologia, passando pela física de detectores, astrofísica, simulações computacionais, estatística e análise de dados. Este curso é voltado para uma audiência ampla, com interesse nessas diversas áreas interligadas pelo estudo da matéria escura, abordando também alternativas à própria matéria escura.
Matéria escura: dos céus ao laboratório
Bibliografia
1) Bertone, G.; Tait, T., 2018, A new era in the search for dark matter, Nature 562, 7725, 51-56; arXiv:1810.01668
2) Gianfranco Bertone, Dan Hooper, 2018, A History of Dark Matter, Rev. Mod. Phys. 90, 45002; arXiv:1605.04909
3) Stefano Profumo, 2017, An Introduction To Particle Dark Matter, World Scientific
4) Céline Bœhm, 2008, 30 Years of Research in Cosmology, Particle Physics and Astrophysics and How Many More to Discover Dark Matter?, in Reviews in Modern Astronomy: Cosmic Matter, Volume 20, Wiley
5) Jonathan L. Feng, 2010, Dark Matter Candidates from Particle Physics and Methods of Detection, Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 48:495
6) James S. Bullock, Michael Boylan-Kolchin, 2017, Small-Scale Challenges to the ΛCDM Paradigm, Annual Review of Astronomy and Astrophysics 55:343; arXiv:1707.04256
7) US Cosmic Visions: New Ideas in Dark Matter 2017: Community Report, arXiv:1707.04591
8) Gianfranco Bertone, et al., 2019, Gravitational wave probes of dark matter: challenges and opportunities, arXiv:1907.10610
9) Graciela Gelmini, Paolo Gondolo, DM production mechanisms, arXiv:1009.3690, From ‘Particle Dark Matter: Observations, Models and Searches’, edited by G. Bertone (Cambridge U. Press, Cambridge 2010)
10) Giorgio Arcadi, et al., 2017, The Waning of the WIMP? A Review of Models, Searches, and Constraints, European Physical Journal C, 78, id. 203; arXiv:1703.07364
11) R. Adhikari, et al., 2017, A White Paper on keV Sterile Neutrino Dark Matter, JCAP01, 025; arXiv:1602.04816
12) Julien Lesgourgues, Gianpiero Mangano, Rino Miele, Sergio Pastor, 2013, Neutrino Cosmology, Cambridge University Press
13) Elisa G. M. Ferreira, Ultra-Light Dark Matter, The Astronomy and Astrophysics Review; arXiv:2005.03254
14) Leanne D Duffy and Karl van Bibber, 2009, Axions as dark matter particles, arXiv:0904.3346; New J. Phys.11 105008
15) Bernard Carr, Florian Kuhnel, 2020, Primordial Black Holes as Dark Matter: Recent Developments, arXiv:2006.02838
Pré-requisitos
- Noções de física de partículas
- Noções de cosmologia e relatividade geral
- Noções de física estatística
- Noções de mecânica quântica e matéria condensada
- Noções de astrofísica
- Observação: Os pré-requisitos são apenas recomendações, mas não são obrigatórios. O curso pretende ser accessível a alunos avançados dos cursos de graduação e alunos de pós-graduação em física. No entanto, ele também poderá ser seguido por estudantes a partir da segunda metade do curso de graduação em física, sendo melhor aproveitado por alunos que tiverem cursado eletromagnetismo e tiverem noções de relatividade e física de partículas.
Professor
- Martin Makler (CBPF)
