Mörk materia: Partikelutveckling genom utfrysning

Abstract

This report focuses on the evolution of dark matter particles in a simplied, homogeneous and isotropic model of the Universe. The purpose is to analyze theoretical predictions and recent experimental measurements to be able to draw conclusions about the properties of the dark matter particles. The inexperienced reader is introduced to the subject and thorough derivations of the formulas relevant to the analysis are made. To analyze the evolution of dark matter, the Boltzmann equation is applied to a freeze-out model. Both analytical and numerical approaches will be taken and discrepancies between those are investigated. Qualitative eects of the particle cross section and mass are studied and constraints on the parameters are set using experimental data. Finally, assumptions are discussed and suggestions for further research are made.Rapporten fokuserar på utvecklingen av mörk materia-partiklar i en förenklad, homogen och isotrop modell av universum. Syftet är att analysera teoretiska förutsägelser och nyligen genomförda experimentella mätningar för att dra slutsatser om mörk materiapartiklarnas egenskaper. Den oerfarne läsaren introduceras till ämnet och en utförlig härledning av de relevanta formlerna genomförs. Boltzmannekvationen tillämpas på en utfrysningsmodell och används för att analysera utvecklingen av den mörka materian. Både analytiska och numeriska metoder används och skillnader mellan dessa studeras. Kvalitativa eekter av partiklarnas tvärsnitt och massa undersöks och begränsningar av parametrarna görs med hjälp av experimentell data. Slutligen diskuteras antaganden och förslag för fortsatt forskning läggs fram