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Die auf dem ACDM-Modell beruhenden numerischen Simulationen der gravitativen Strukturbildung sind auf Skalen M >> 10 hoch 10 M sehr erfolgreich, insbesondere konvergieren die Verfahren hinsichtlich des vorhergesagten Masseanteils der Halos an der Gesamtmasse von Galaxien. Jedoch konvergieren die Simulationen nicht bezüglich der lokalen Überdichten von CDM in den Halos, vielmehr setzt sich gravitative Strukturbildung auf immer kleinere Skalen fort. Numerisch kann keine Massen-Schwelle berechnet werden, unterhalb derer keine CDM-Strukturen mehr gravitativ gebildet werden. Die Kenntnis der lokalen Überdichten in den CDM-Wolken und die Verteilung der CDM-Wolken ist jedoch für Experimente zum direkten und indirekten Nachweis von CDM-Teilchen essentiell. Aus den lokalen Überdichten folgen für Experimente zum direkten Nachweis die einfallende Stromdichten der CDM-Teilchen und für Experimente zum indirekten Nachweis die Stromdichte der Annihilationsprodukte. Außerdem können die lokalen Überdichten als Gravitationslinsen wirken. In dieser Arbeit werden Massen Schwellen analytisch berechnet, unterhalb derer akustische Störungen in CDM nicht mehr zur gravitativen Strukturbildung beitragen können. Das Massen-Spektrum von lokalen Überdichten ist nach unten durch zwei unterschiedliche Mechanismen beschränkt: (1) Während der kinetischen Entkopplung formieren sich Nichtgleichgewichtsprozesse, die sich kollektiv als Reihungsphänomene konstituieren. Im lineare Regime sind dies die Volumenviskosität, die Scherungsviskosität und die Wärmeleitung. Die dissipativen Prozesse deponieren Energie und Impuls der akustischen Störungen in die Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Störungen und schmieren diese so aus. (II) Nach dem kinetischen Entkopplungsprozeß strömt CDM frei auf Geodäten. Dies ermöglicht einen Strom von Teilchen von überdichten in unterdichte Regionen, so daß die Amplituden der lokalen Überdichten weiter gedämpft werden. Die lokalen Transportkoeffizienten in (1) werden durch einen legitimen Vergleich von hydrodynamischer und kinetischer Beschreibung schwach dissipativer Prozesse gewonnen. Dissipative Prozesse induzieren eine Dämpfungsmasse Mc ungefähr gleich 10 hoch minus 9 M in SUSY-CDM und beschränken damit das Spektrum akustischer Störungen in SUSY-CDM. Freies Strömen (II) von CDM-Teilchen auf Geodäten induziert eine weitere Dämpfungsmasse M fs ungefähr gleich 10 hoch minus 6 M in SUSY-CDM, wobei das berechnete M d als Anfangswert dient. Die berechneten Schwellen liefern konsistente Schranken für numerische Simulationen, die weit unterhalb des momentanen numerischen Auflösungsvermögens liegen. Weiterhin folgt aus den Schwellen die Masse der ersten rein gravitativ gebundenen CDM-Wolken. Aus diesen bilden sich im Rahmen der hierarchischen Strukturbildung größere Substrukturen bis hin zu den heute vorhandenen CDM-Halos.
The lightest supersymmetric particle, most likely the lightest neutralino, is one of the most prominent particle candidates for cold dark matter (CDM). We show that the primordial spectrum of density fluctuations in neutralino CDM has a sharp cut-off, induced by two different damping mechanisms. During the kinetic decoupling of neutralinos, non-equilibrium processes constitute viscosity effects, which damp or even absorb density perturbations in CDM. After the last scattering of neutralinos, free streaming induces neutralino flows from overdense to underdense regions of space. Both damping mechanisms together define a minimal mass scale for perturbations in neutralino CDM, before the inhomogeneities enter the non- linear epoch of structure formation. We find that the very first gravitationally bound neutralino clouds ought to have masses above 10-6M , which is six orders of magnitude above the mass of possible axion miniclusters.
The production of black holes at Tevatron and LHC in spacetimes with compactified space-like large extra dimensions is studied. Either black holes can already be observed in ¯ pp collisions at s = 1.8 TeV or the fundamental gravity scale has to be above 1.4 TeV. At LHC the creation of a large number of quasi-stable black holes is predicted, with lifetimes beyond several hundred fm/c. A cut-off in the high-PT jet cross section is shown to be a unique signature of black hole production. This signal is compared to the jet plus missing energy signature due to graviton production in the final state as proposed by the ATLAS collaboration.
We address the production of black holes at LHC in space times with compactified space-like large extra dimensions (LXD). Final state black hole production leads to suppression of high-PT jets, i.e. a sharp cut-o in (pp!jet+X). This signal is compared to the jet plus missing energy signature due to graviton production in the final state as proposed by the ATLAS collaboration. Time evolution and lifetimes of the newly created black holes are calculated based on the micro- canonical formalism. It is demonstrated that previous lifetime estimates of micro black holes have been dramatically underestimated. The creation of a large number of quasi-stable black holes is predicted with life times of hundred fm/c at LHC. Medium modifications of the black holes evaporation rate due to the quark gluon plasma in relativistic heavy ion collisions as well as provided by the cosmic fluid in the early universe are studied