Light sterile neutrinos and pseudoscalar interactions in cosmology
短基线（SBL）中微子振荡异常暗示了质量约为1 eV的无菌中微子的存在。然而，如果没有新的物理假设，这样的中微子与宇宙学数据，特别是来自宇宙微波背景（CMB）的数据是高度不相容的。一个有趣的可能性，调和宇宙学中的1 eV无菌中微子的存在是一个新的赝标量相互作用的存在。如果无菌中微子经历了这样的赝标相互作用，宇宙学分析的完整CMB数据更倾向于一个无菌中微子的质量是完全兼容的SBL测定。额外的相互作用也可以获得改进的兼容性的宇宙学预测与当地测量的哈勃参数。
2017-01-16 astro-ph.CO hep-ph
Cosmology seeking friendship with sterile neutrinos
精确宇宙学和大爆炸核合成理论倾向于宇宙中除了光子和普通中微子之外的额外辐射，这支持了低质量无菌中微子的存在。我们利用WMAP 7年的观测数据，ACBAR、BICEP和QuAD的小尺度CMB观测数据，SDSS第7次发布的观测数据，以及HST观测的哈勃参数测量数据，推导了热激发无菌中微子态的共同质量标度m_s和有效数N_s的可信区域。我们的结果与LSND和MiniBooNE所提出的一个或两个不育中微子的存在是一致的，如果m_s在亚eV范围内.
2010-10-26 astro-ph.CO hep-ph
Constraining Sterile Neutrino Cosmology with Terrestrial Oscillation Experiments
我们探讨了地面中微子振荡实验和天体物理/宇宙学测量在探测不育中微子存在方面的互补性。我们发现，即将到来的加速器中微子实验将不会改善约束的时候，他们是可操作的，但反应堆实验已经可以探测参数空间超出了普朗克的范围。我们强调宇宙学实验和反应堆反中微子实验之间的紧张关系，并列举了解决这种紧张关系的几种可能性。
2019-05-08 astro-ph.CO hep-ph
Cosmology with self-interacting sterile neutrinos and dark matter - A pseudoscalar model
短基线中微子振荡实验已经显示出在eV质量范围内存在额外的无菌中微子的迹象。这样的无菌中微子与宇宙学是不相容的，因为它们抑制结构的形成，除非它们可以在早期宇宙中被阻止热化，或者通过随后的衰变或湮灭被去除。在这里，我们提出了一个新的情况下，不育中微子和暗物质耦合到一个新的，轻的赝标量。这可以防止不育中微子的热化，并使暗物质充分地自我相互作用，从而对银河系动力学产生影响，并可能解决标准冷暗物质场景中的一些已知问题。更重要的是，它导致了一个强自相互作用的等离子体的无菌中微子和赝标量在晚些时候，并提供了一个很好的适合CMB数据。通常的宇宙学中微子质量问题是避免了不育中微子湮灭为伪标量。$H_0$的优选值基本上高于标准$Λ$ CDM中的值，并且与局部测量的一致性更好。
2015-03-27 astro-ph.CO hep-ph
Implication of Sterile Fermions in Particle Physics and Cosmology
中微子质量产生机制、暗物质的性质和宇宙重子不对称性的起源是粒子物理学标准模型无法解释的三个引人注目的问题。在这篇论文中，我们专注于所有这些问题，提供了一个可能的解决方案，在标准模型的最小扩展，包括在一组不育费米子的理论领域的内容。不育费米子是规范单态场，可以通过与活跃中微子的混合而相互作用。我们专注于逆跷跷板机制，其特点是低（TeV或更低）的新物理尺度，可以在当前和未来的实验设施进行测试。我们提出的模型建设的分析，指向最小实现的机制，和唯象的研究，以适应轻中微子的质量，并在模型中施加所有相关的实验约束，以及预期的实验签名。我们显示了无菌中微子假设的可行性作为暗物质的组成部分，连同这种情况下的最小逆跷跷板机制的特征。成功占的重子不对称性的可测试实现的leptogenesis机制的可能性也得到了解决。另一方面，在实验室实验中寻找不育费米子的表现也很重要。我们解决这一点，通过预测罕见的轻子数违反衰变的矢量玻色子，可以介导的不育费米子，以及通过研究不育费米子的影响，全球适合的电弱精密数据的预期率。
2016-09-22 hep-ph
Light sterile neutrinos: oscillations and cosmology
质量约为1 eV的轻惰性中微子作为所谓短基线中微子振荡异常的可能解释已经被研究了很多年。最近，几个中微子振荡实验报道的偏好非零值的混合角和平方质量差的积极无菌混合，但并不总是一致的。我回顾了我们目前的知识轻不育中微子在3+1模型，开始一个单独的讨论最相关的搜索的状态，然后分析出现的问题时，结合不同的探针在一个全球性的适合。还提供了一个简短的总结与宇宙学观测的紧张局势。
2019-10-29 astro-ph.CO hep-ph
Roles of sterile neutrinos in particle physics and cosmology
本文综述了光不育中微子假说在粒子物理学和宇宙学中的作用。讨论了在三个活跃中微子框架内观测到的挑战中微子振荡标准解释的短基线中微子异常。结果表明，它们可以被解释为指向eV尺度上无菌中微子存在的实验线索。虽然电子中微子的出现和消失数据有利于这种不育中微子，但μ子消失数据不利于它，这引起了强烈的出现-消失张力。在简要回顾了光不育中微子的宇宙学效应之后，讨论了现有宇宙学数据中提出的光不育中微子的特征。keV尺度的不育中微子作为可能的暗物质候选人也讨论了审查不同的机制，他们如何可以在早期宇宙中产生的，以及他们的属性如何可以约束几个宇宙学观测。我们给出了一个概述的可能性，keV级的不育中微子可以是一个很好的DM候选人，并在实现低规模leptogenesis同时通过引入一个模型，其中额外的轻不育中微子添加到I型跷跷板模型的顶部发挥关键作用。
2019-04-15 gr-qc hep-ph
Statistical tests of sterile neutrinos using cosmology and short-baseline data
在本文中，我们重新审视的问题，宇宙学提供的情况下，用无菌中微子调用描述的SBL异常使用贝叶斯统计检验的信息。我们对不同宇宙学数据组合下的$Λ$ CDM $+r+ν_s$宇宙学数据进行了分析，得到了两个相关参数的边际宇宙学似然性，即无菌中微子质量$m_s$及其对早期宇宙能量密度的贡献$N_{\rm eff}$ .然后，我们提出了一个分析，以量化在哪一个级别的一个模型与一个无菌中微子是（不）有利于一个模型，只有三个活跃的中微子，使用短基线实验和宇宙学的结果。我们研究的依赖关系的结果上的宇宙学数据考虑，特别是列入最近的BICEP 2的结果和SZ集群数据从普朗克任务。我们发现，只有当集群数据包括一个额外的不育中微子的模型可以变得更有利于只有三个活跃的模型提供的不育中微子对辐射密度的贡献被抑制相对于完全热化的情况。我们还量化了宇宙学和SBL结果所暗示的不育中微子质量之间的兼容性水平。
2014-07-14 astro-ph.CO hep-ph
Sterile neutrinos in cosmology
在中微子质量产生机制中，不育中微子是粒子物理标准模型的自然延伸。如果它们相对较轻，小于约10 keV，它们可以显著改变宇宙学，从早期宇宙到今天的物质和辐射能量密度。在这里，我们回顾了宇宙学的作用，这种轻不育中微子可以发挥从早期宇宙，包括生产keV级不育中微子的暗物质的候选人，和轻eV级不育中微子的动力学弱耦合活动中微子时代。本文综述了在宇宙微波背景和大尺度结构数据中提出的轻不育中微子的特征。我们还讨论了keV尺度的无菌中微子暗物质衰变的X射线观测签名，包括最近的候选人$\sim$ 3.5 keV的X射线线检测一致的衰减的$\sim$ 7 keV的无菌中微子暗物质粒子。
2017-10-25 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Cosmology with sterile neutrino masses from oscillation experiments
从宇宙学和中微子振荡实验中都有线索表明，一个或两个电子伏特质量的无菌中微子是有利的。我们认为，从短基线中微子实验与宇宙学观测相结合的数据的影响。特别是我们考虑宇宙模型的状态方程的暗能量和曲率是允许变化的。我们发现短基线实验和宇宙学结果的一致性取决于所使用的宇宙学数据集。当这两个是一致的，我们发现，从短基线实验中包含的信息，只有轻微的影响宇宙学模型参数的首选值。具有宇宙学常数型暗能量和零曲率的宇宙仍然与我们使用的数据完全一致。我们还报告说，在10 eV的范围内的热化不育中微子是完全符合广泛的宇宙学数据，只要不考虑的物质功率谱的信息。
2013-03-19 astro-ph.CO hep-ph
Cosmology Based on f(R) Gravity Admits 1 eV Sterile Neutrinos
它表明，最近的中微子振荡实验，有利于无菌中微子的质量为1 eV的顺序，和宇宙学数据施加严格的约束中微子质量从自由流抑制密度波动之间的紧张关系，可以解决目前的宇宙加速膨胀的模型的基础上f（R）引力。
2013-03-26 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Sterile neutrinos with eV masses in cosmology -- how disfavoured exactly?
我们研究宇宙学模型，包含与eV范围内的质量所建议的反应堆和短基线振荡数据的不育中微子。我们面对这些模型与精确的宇宙学数据（探测CMB去耦时代）和轻元素丰度（探测BBN时代）。在最小的LambdaCDM模型中，这样的无菌中微子被当前的数据强烈地排斥，因为它们贡献了太多的热暗物质。然而，如果宇宙学框架被扩展到包括额外的相对论自由度--除了三个标准中微子和假定的无菌中微子，那么热暗物质对无菌状态的约束就大大放松了。通过允许暗能量状态方程参数w<-1实现了进一步的改进。虽然BBN强烈反对超过假设的eV质量的无菌中微子的额外辐射，但这个约束可以通过小的nu_e简并来规避。任何包含eV质量的不育中微子的模型也意味着其他宇宙学参数的强烈修改。值得注意的是，推断出的冷暗物质密度相对于标准的Lambda CDM值可以上升20%到75%。
2011-09-28 astro-ph.CO hep-ph
Is cosmology compatible with sterile neutrinos?
通过结合宇宙微波背景（CMB）实验（包括最近WMAP第三年的结果）、大尺度结构（LSS）和莱曼α森林观测数据，我们约束了第四个无菌大质量中微子的假设。对于3个无质量中微子+1个有质量中微子的情况，我们在95%（99.9%）c.l.处束缚了无菌中微子的质量m_s<0.26eV（0.44eV）。这些结果排除了在高意义的不育中微子假说作为LSND异常的解释。然后，我们推广的分析，以占活跃中微子质量（这收紧限制到m_s<0.23eV 0.42eV）和可能性，不育丰度是不是热。在后一种情况下，（质量、密度）平面中的约束是非平凡的。对于大于1 eV或小于0.05 eV的质量，无菌中微子的宇宙学能量密度在95 c.l.时总是被限制为ω_nu <0.003。然而，对于质量约为0.25eV的无菌中微子，omega_nu可以大到0.01。
2006-06-29 astro-ph hep-ph
Search for sterile neutrinos in holographic dark energy cosmology: Reconciling Planck observation with the local measurement of the Hubble constant
我们利用最新的观测数据在全息暗能量宇宙学中寻找不育中微子。为了进行分析，我们使用了当前的宇宙学观测，包括宇宙微波背景温度功率谱数据从普朗克任务，重子声学振荡测量，Ia型超新星数据，红移空间畸变测量，剪切弱透镜观测数据，普朗克透镜测量，以及最新的直接测量$H_0$。结果表明，与$Λ$ CDM宇宙学相比，含无菌中微子的全息暗能量宇宙学能更好地缓解普朗克观测与直接测量$H_0$之间的紧张关系.一旦我们将$H_0$测量纳入整体拟合中，我们发现可以给出全息暗能量宇宙学中存在无菌中微子的暗示。在全数据组合的约束下，我们得到了$N_{\rm eff}= 3.76\pm0.26$和$m_{ν,\rm sterile}^{\rm eff}< 0.215\,\rm eV$，表明在全息暗能量宇宙学中对$ΔN_{\rm eff}>0$的探测是在$2.75σ$水平上进行的，目前的观测更倾向于无质量或很轻的无菌中微子.
2017-09-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
eV-scale Sterile Neutrinos
我们解决轻不育中微子的现象，强调短基线中微子振荡。在回顾了观测到的短基线中微子振荡异常之后，我们讨论了数据的整体拟合和当前的出现-消失张力。本文还简要介绍了光不育中微子在$β$衰变、无中微子双$β$衰变和宇宙学中的作用。最后，我们讨论了未来的前景，在eV尺度的不育中微子的影响的搜索。
2019-08-07 hep-ph
Constraining Mass Spectra with Sterile Neutrinos from Neutrinoless Double Beta Decay, Tritium Beta Decay and Cosmology
我们分析了LSND实验所暗示的额外的不育中微子对中微子质谱的限制。本文讨论了无中微子双β衰变、氚β衰变和宇宙学中的各种与质量有关的观测量。同时考虑了中微子振荡的结果和最近的宇宙学中微子质量边界。我们发现，一些允许的质量模式是严格限制的电流约束，特别是宇宙学的中微子质量的总和的限制和太阳中微子混合角的非极大性。此外，我们估计的形式的四个中微子质量矩阵，并评论的情况下，有两个额外的不育中微子。
2006-05-18 astro-ph hep-ex hep-ph
A ménage à trois of eV-scale sterile neutrinos, cosmology, and structure formation
我们表明，不育中微子质量约1 eV或更大，作为几个短基线振荡异常的动机，可以与宇宙学约束一致，如果他们是由轻玻色子介导的隐藏扇区力下充电。在这种情况下，无菌中微子经历了一个大的热势，抑制了早期宇宙中活跃和无菌中微子之间的混合，即使真空混合角很大。因此，宇宙中无菌中微子的丰度仍然非常小，它们对大爆炸核合成、宇宙微波背景和大尺度结构形成的影响可以忽略不计。可以想象，新的规范力也与暗物质耦合，可能会改善与冷暗物质相关的一些小尺度结构问题。
2014-06-13 astro-ph.CO hep-ph
Probing oscillations into sterile neutrinos with cosmology, astrophysics and experiments
我们进行一个彻底的分析产生的振荡信号由一个额外的无菌中微子，扩展以前的分析在简单的限制情况下，包括建立活跃的中微子之间的振荡的影响。我们考虑以下探测：太阳中微子、大气中微子、反应堆中微子和束中微子、大爆炸核合成（氦-4、氘）、宇宙微波背景、大尺度结构、超新星、来自其他天体物理源的中微子。我们发现没有证据表明，在目前的数据中，一个不育的中微子，确定仍然允许的区域，并研究未来的实验可以最好地探测它们：亚兆电子伏的太阳能实验，更精确的研究CMB或BBN，未来的超新星爆炸等，我们讨论如何LSND暗示强烈不赞成（标准）宇宙学的约束。
2004-11-29 astro-ph hep-ex hep-ph
Hiding an elephant: heavy sterile neutrino with large mixing angle does not contradict cosmology
我们研究了一个keV级的无菌中微子与标准模型部门的一个相对较大的混合模型。物理上的考虑预测了早期宇宙中这种粒子的活跃产生，这导致了总暗物质密度的限制，以及缺乏来自无菌中微子衰变的X射线信号。这些界限加在一起可能会认为在实验室中创造keV级无菌中微子的任何尝试都是不可行的。我们认为，与一个隐藏的部门耦合到不育中微子的模型，这些界限可以逃避，打开新的视角，直接研究中微子实验，如Troitsk $ν$ -质量和KATRIN。我们估计产生不育中微子的情况下，隐藏的部门动态保持不育中微子在早期宇宙中的质量或超重。在这两种情况下，由等离子体中的活性中微子振荡产生的中微子都受到抑制。
2019-04-03 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
The role of sterile neutrinos in cosmology and astrophysics
我们提出了一个全面的概述扩展的标准模型，其中包含三个右手（无菌）中微子的质量低于电弱标度[中微子最小标准模型，（nuMSM）]。我们考虑宇宙的历史，从暴胀时代到今天，并证明，大多数观察到的现象超出了标准模型可以在这个模型的框架内解释。我们回顾了宇宙的重子不对称性的机制在nuMSM和讨论的暗物质候选人，可以是温暖的或寒冷的，并满足所有现有的限制。从粒子物理学的观点，该模型提供了一个解释中微子味振荡。利用现有的实验技术可以验证nuMSM。
2009-07-22 astro-ph.CO hep-ph
Visible Sterile Neutrinos as the Earliest Relic Probes of Cosmology
实验室对无菌中微子的检测可以提供大爆炸核合成（BBN）之前宇宙演化的第一个迹象，这是一个尚未经过检验的时代。这种“可见的”无菌中微子在即将进行的实验中可以观察到，例如KATRIN/TRISTAN和HUNTER在keV质量范围内，PINEMY和其他在eV质量范围内的实验。在宇宙的温度为5 MeV之前，通常会对宇宙学做出一系列标准假设。然而，基于替代假设的非标准前BBN宇宙学可能会出现在有动机的理论模型中，并且同样与所有现有数据一致。我们重新审视生产无菌中微子的质量为0.01 eV至1兆电子伏的两个例子，这样的模型：标量张量和低再加热温度预BBN宇宙学。在这两个实验中，假定的3.5 keV X射线信号线对应于一个无菌中微子，其混合量足够大，可以在即将到来的实验室实验中进行测试。此外，活跃-无菌中微子混合的宇宙学/天体物理学上限明显弱于标准的前BBN宇宙学，这表明这些限制并不稳健。例如，在标量张量情况下，LSND和MiniBooNE短基线以及DANSS和近地天体反应堆实验所暗示的潜在信号区域完全不受宇宙学限制的约束。我们的工作突出表明，不育中微子可能构成前BBN时代的敏感探针。
2019-12-09 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Are Light Sterile Neutrinos Preferred or Disfavored by Cosmology?
我们发现，一个宇宙学模型，包括2个无菌中微子与质量约1 eV的每个，有利于全球中微子振荡分析，包括短基线结果的可行性，是显着依赖于数据集的选择，包括在分析和控制与这些数据集相关的系统不确定性的能力。我们的分析包括各种宇宙学探测，包括宇宙微波背景（WMAP 7 +SPT），哈勃常数（HST），星系功率谱（SDSS-DR 7）和超新星距离（SDSS和Union 2汇编）。在联合观测分析中，我们的不育中微子模型在使用MLCS光变曲线拟合器进行超新星测量时与LCDM模型一样有利，而在使用SALT 2拟合器时，在Δχ^2 ~ 18处的数据则强烈不利。当排除超新星测量时，在Δχ^2 ~ 12处，不育中微子模型不受其他数据集的青睐，当考虑曲率、演化的暗能量、额外的相对论性物质、光谱指数的变化以及原始氦丰度的自由度时，在Δχ^2 ~ 3处，不育中微子模型最多只会变得稍微不受欢迎。没有一个额外的参数可以解释这种影响的大部分。因此，如果实验室实验继续支持大约eV质量的无菌中微子的情况，并且如果宇宙学决定性地不支持这种情况，那么一个比这里探索的更奇特的宇宙学模型可能是必要的。
2013-02-04 astro-ph.CO hep-ph
A cosmologically viable eV sterile neutrino model
MiniBooNE合作最近发布了一份报告，声称已经观察到电子和反电子中微子的过量，具有$4.8 \, σ$ C.L.的意义。以这种方式证实了长期存在的LSND异常。LSND和MiniBooNE联合分析对$6.0\, σ$ C.L.如果这个结果被未来的实验所证实，将会对粒子物理学产生相当大的影响，因为当用中微子振荡来解释这种异常时，至少需要存在一个轻的无菌中微子。碰巧的是，根据标准方案，这种轻无菌中微子与当前的宇宙学数据不相容。这样，要理解这些异常现象，就需要对标准模型进行扩展，使其能够为活跃和惰性中微子产生微小的质量，并将这样的结果与宇宙学重新调和。在这个方向上，一个有趣的提议涉及到存在一个专门与无菌中微子相互作用的秘密扇区。在这项工作中，我们实现了规范的跷跷板机制到标准模型的方式，产生微小的质量的活动和不育中微子，体现了一个秘密部门能够重新调解eV不育中微子与宇宙学。作为其他增益，该机制的实施所需的标量内容提供了对罕见的轻子衰变的贡献，可以容纳μ子的$g-2$，并构成标量单线态，其可以通过希格斯暴胀机制驱动暴胀，而不会出现幺正性损失的问题。
2019-08-25 hep-ph
Sterile Neutrinos with Secret Interactions - Lasting Friendship with Cosmology
质量约为1 eV的惰性中微子与活性中微子的混合量级为10%，被认为是解决中微子振荡数据异常的一种方法，但受到宇宙学限制。最近的研究表明，如果无菌中微子耦合到一个新的兆电子伏尺度的规范玻色子A '，这些约束是可以避免的。然而，当中微子退耦后，A '介导的碰撞过程导致有效的活性中微子到无菌中微子的转换时，即使这种情况也受到结构形成约束的限制。鉴于此，我们重新评估在本文中的可行性与这种“秘密”的相互作用的不育中微子。我们仔细剖析了它们在早期宇宙中的演化，包括各种生产渠道和预期的修改大尺度结构形成。我们认为，在参数空间中有两个区域-一个在非常小的A'耦合，一个在相对较大的A'耦合-在大爆炸核合成（BBN），宇宙微波背景（CMB），和大尺度结构（LSS）的数据的所有约束都得到满足。有趣的是，如果A'玻色子也与宇宙中的暗物质耦合，那么大的A'耦合区域正是先前被证明对暗物质晕的小尺度结构具有潜在重要影响的区域。
2015-05-11 astro-ph.CO hep-ph
Searching for dark matter sterile neutrino in laboratory
如果宇宙中的暗物质是由质量在keV范围内的无菌中微子组成的，那么可以借助X射线卫星来寻找它们。我们讨论了实验室实验的前景，可以竞争和补充空间任务。我们认为，利用冷靶反冲离子动量谱（COLTRIMS）对氚和其他核的β衰变进行详细研究，有可能进入有趣的参数范围，甚至取代目前对暗物质无菌中微子性质的天文界限。
2007-02-13 hep-ph
Additional Light Sterile Neutrinos and Cosmology
诱人的宇宙学和地球证据表明，轻中微子的数量可能大于3，激发了对额外轻物质的宇宙学界限的仔细重新检查。大爆炸核合成限制了核合成过程中存在的相对论中微子种类的数量，$N_{eff}^{BBN}$，而CMB角功率谱的测量限制了物质辐射相等时相对论中微子的有效能量密度，$N_{eff}^{CMB}$。在许多情况下，新的无菌中微子种类可能对$ΔN_{eff}^{BBN}$和$ΔN_{eff}^{CMB}$有不同的贡献，其质量可能与调和宇宙学约束和地球上各种中微子振荡的说法有关。我们考虑的情况下，两个不育中微子和探讨是否部分热化的不育状态可以缓解之间的紧张关系的宇宙学约束$N_{eff}^{BBN}$和地球上的数据。然后，我们研究了非零中微子质量对辐射丰度的影响，发现质量高于0.5 eV的中微子的$ΔN_{eff}^{CMB}$减少了5%以上。虽然我们在这里研究的影响可能会发挥作用，但我们发现，另外两种轻不育中微子种类不能在95%的置信水平下拟合所有数据。
2013-04-10 astro-ph.CO hep-ph
Shinning Light on Sterile Neutrino Portal Dark Matter from Cosmology and Collider
假设暗扇区由一个暗标量$ϕ$和一个暗费米子$χ$组成，且严格满足$Z_2$对称性，则无菌中微子$N$可以通过汤川耦合$λ_{ds} \barχϕN$充当暗扇区和标准模型之间的信使.在本文中，我们专注于特定的场景$m_N>m_ϕ+m_χ$与$χ$是一个FIMP暗物质。由于Yukawa耦合$λ_{ds}$和混合角$θ$的减小，暗标量$ϕ$的衰变宽度受到双重抑制。延迟衰变$ϕ\toχν$将对宇宙学观测，如大爆炸核合成、宇宙微波背景各向异性功率谱、相对论中微子有效数$N_{\rm eff}$和高能中微子通量等产生重大影响。同时，当$m_N<m_W$时，无菌中微子可以在对撞机上产生位移的顶点签名。暗标量$ϕ$也会在相对较大的四次耦合下引起可测量的希格斯粒子的不可见衰变。本文对宇宙学和对撞机的约束条件进行了综合分析。我们发现，几乎整个参数空间与$m_N<m_W$是在未来的实验。
2022-12-20 hep-ex hep-ph
Light sterile neutrinos from a late phase transition
轻无菌中微子代表了3-中微子范式的一个很好的扩展。然而，标准宇宙学和数据之间令人印象深刻的一致性对它们的存在提出了质疑。在这里，我们提出了一类方案，有力地避免这种紧张局势。在这些模型中，无菌中微子是一个新扇区的轻手征态，通过右手中微子入口与标准模型相互作用，关键是，活性-无菌中微子振荡需要隐藏扇区中的相变。我们探索隐藏的耦合/临界温度平面，并确定几个不育中微子可以容纳的区域。后期相变通常是优选的，并且还可以避免由拓扑稳定缺陷的形成所造成的潜在威胁。
2017-01-09 hep-ph
Light Sterile Neutrinos in Cosmology and Short-Baseline Oscillation Experiments
我们分析了最新的宇宙学数据，包括普朗克，考虑到可能存在的无菌中微子的质量在eV标度表示的短基线中微子振荡数据在3+1框架。我们发现，本地测量的哈勃常数的贡献诱导的相对论自由度的有效数量的值的增加以上的标准模型值，给出了一个指示，有利于无菌中微子的存在和它们的贡献，暗辐射。此外，本地星系团质量分布的测量有利于eV尺度质量的不育中微子的存在，与短基线中微子振荡数据一致。在这种情况下，宇宙学和短基线中微子振荡数据之间没有矛盾，但不育中微子对相对论自由度的有效数量的贡献可能小于1。考虑到Dodelson-Widrow和热模型的统计宇宙学分布的不育中微子，我们发现，在Dodelson-Widrow模型中有一个宇宙学和短基线中微子振荡数据之间的兼容性稍好，并在早期宇宙中的不育中微子的产生所需的抑制略小。
2014-02-19 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Large neutrino mass in cosmology and keV sterile neutrino dark matter from a dark sector
该研究提出扩展跷跷板模型，通过暗扇区U(1)规范相互作用使暗物质与标准模型微中子热平衡，抑制活跃中微子丰度，从而调和宇宙学中微子质量与暗物质问题，并预言有效中微子种类数微增，可被未来CMB任务探测。
2025-04-19 astro-ph.CO hep-ph
Sterile Neutrinos: Cosmology vs Short-BaseLine Experiments
宇宙学和短基线中微子振荡数据都暗示存在质量在1 eV范围内的轻无菌中微子。在这里，我们使用宇宙学和SBL的数据进行详细的分析，不育中微子的情况。我们还考虑了额外的中微子自由度在早期宇宙中没有完全热化的可能性。即使只分析宇宙学数据，我们也发现在（3+1）和（3+2）两种情况下都倾向于存在大质量的无菌中微子，并且在包含SBL数据的情况下，证据在（3+1）模型的情况下正式处于3.3 sigma水平。有趣的是，宇宙学和SBL数据都指向大约1 eV的相同质量尺度。在（3+1）框架中，WMAP 9 +SPT提供了无菌质量本征态m_4 =（1.72 \pm 0.65）eV：这个结果通过在m_4 =（1.27 \pm 0.12）eV（当SDSS也被考虑在宇宙学分析中时，m_4 =（1.23 \pm 0.13）eV）后加入来自SBL的先验而得到加强。在（3+2）方案中，另外两个非完全热化的中微子与整个宇宙学和SBL数据相符合，得到质量值m_4 =（0.95 \pm 0.30）eV和m_5 =（1.59 \pm 0.49）eV。包含普朗克数据并没有改变我们对质量尺度的考虑;关于额外的中微子自由度，调用部分热化，3+1模型仍然与最新数据一致。
2013-06-24 astro-ph.CO hep-ph
Effects of kination and scalar-tensor cosmologies on sterile neutrinos
我们研究了大爆炸核合成前的动能和标量张量宇宙学对无菌中微子非共振产生的影响。我们表明，如果不育中微子的产生率的峰值发生在非标准宇宙学阶段，不育中微子的遗迹数密度可以减少相对于预期的数量在标准宇宙学。因此，目前由惰性中微子残余能量密度导出的活性-惰性中微子混合的界限可以大大放宽。特别是，我们表明，不育中微子，可以解释在短基线中微子实验中发现的异常是兼容的最近联合普朗克上限的贡献，宇宙的能量密度在标量张量或低再加热温度前大爆炸核合成宇宙学。
2014-06-19 astro-ph.CO hep-ph
Interpretation of the XENON1T excess in the model with decaying sterile neutrinos
用三个活跃中微子和三个惰性中微子的唯象模型解释了在1 - 7 keV能区观察到的XENON 1 T过量电子反冲事件。假设两个质量合适的无菌中微子衰变，而第三个无菌中微子是稳定的，就有可能解释观察到的电子反冲事件的能谱。此外，使用这种方法在1 - 7 keV的能量范围内的三个峰进行了预测。暗玻色子只需要在很小的程度上与这个区域中发射的光子混合。这三个轻不育中微子的存在可能对中微子物理、天体物理和宇宙学中的一些现象产生影响。
2021-04-14 hep-ph
Neutrino Mixing and Cosmology
我们回顾了早期宇宙中中微子混合的后果。无论是活跃-无菌混合还是仅三个活跃中微子之间的混合，振荡的结果都主要取决于宇宙轻子数的大小（残余中微子不对称性）。
2003-11-21 hep-ph
Laboratory Limits on Theories with Sterile Neutrinos in the Bulk
我们讨论的理论描述不育中微子在大额外的维度，在所谓的散装的唯象后果。我们简要地概述了如何累积的非去耦效应，由于塔的卡鲁扎-克莱因单重态中微子可能等价地描述了一个高维有效的理论与原始的订单统一汤川耦合。基于这种累积现象，我们得到了对基本量子引力尺度和/或高维汤川耦合的强约束。
2000-10-06 hep-ph
Visible in the laboratory and invisible in cosmology: decaying sterile neutrinos
本文研究低再加热温度宇宙中 keV 量级惰性中微子的产生与约束，指出其经 $Z^\prime$ 或新标量暗衰变可规避宇宙学限制、缓解哈勃张力，并有望被实验室实验探测。
2023-12-05 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Can Sterile Neutrino Explain Very High Energy Photons from GRB221009A?
本研究针对LHAASO观测到的GRB221009A甚高能光子现象，探讨惰性中微子解释的可行性，最终通过标准宇宙学的CMB与BBN约束否定了该方案。
2023-06-08 hep-ph
Cosmology-friendly time-varying neutrino masses via the sterile neutrino portal
我们研究了随时间变化的中微子质量的一致性方案，并讨论了它对宇宙学，β衰变和中微子振荡实验的影响。这种随时间变化的质量被认为是由无菌中微子和超轻标量场之间的耦合产生的，超轻标量场反过来又通过混合影响轻中微子。此外，标量可以作为超轻暗物质的候选者。我们证明了各种宇宙学的界限，如来自大爆炸核合成，宇宙微波背景，以及大尺度结构，可以在这个模型中回避。这种情况下，可以进一步限制使用多个地面实验。特别是，对于像KATRIN这样的β衰变实验，即使时间变化很快并且达到平均值，也会引起电子光谱的非平凡扭曲。此外，随时间变化的质量的不育中微子的存在将改变的解释轻不育中微子参数空间的反应堆和镓异常的背景下。此外，我们还研究了这种随时间变化的中微子质量对BEST合作结果的影响，BEST合作最近加强了镓异常。如果得到证实，我们发现随时间变化的中微子质量假设可以更好地拟合最近的BEST数据。
2023-01-26 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Cosmological Dependence of Sterile Neutrino Dark Matter With Self-Interacting Neutrinos
未被探索的中微子相互作用可能是理解暗物质（DM）本质的关键。特别是，具有新的自相互作用的活性中微子可以产生keV质量的无菌中微子，通过Dodelson-Widrow机制为大范围的活性无菌混合值占整个DM。这种产生通常发生在宇宙中一个未知时代的大爆炸核合成（BBN）之前。我们评估如何混合范围的千电子伏质量的不育中微子DM是受早期宇宙前BBN宇宙学的不确定性。这是特别相关的确定可行的参数空间的无菌中微子搜索允许所有天体物理学的限制，以及宇宙学，因为检测到一个无菌中微子可能构成第一次观察到一个粒子提供信息的前BBN时代。我们发现，在早期宇宙宇宙学和中微子相互作用的组合不确定性显着扩大了允许的参数空间的不育中微子，可以构成整个DM。
2021-11-07 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Bounds on light sterile neutrino mass and mixing from cosmology and laboratory searches
我们提供了一个一致的框架，以设置限制的光无菌中微子耦合到所有三个活跃的中微子使用的振荡，$β$衰变和中微子双$β$衰变（$0νββ$）实验的最新宇宙学数据和地面测量相结合的属性。我们直接约束完整的$3+1$有源无菌混合矩阵元素$|U_{\alpha4}|^2$，$α\in ( e,μ,τ)$和质量平方分裂$Δm^2_{41} \equiv m_4^2-m_1^2$。我们发现，一个$3+1$情况下的结果不同于以前研究的$1+1$的情况下，无菌仅耦合到中微子之一，这在很大程度上是由参数空间体积效应解释。质量分裂和混合矩阵元的限制目前主要是由宇宙学数据集。精确的结果是轻微的先验依赖，但我们可靠地发现所有矩阵元素被约束在$|U_{\alpha4}|^2 \lesssim 10^{-3}$以下。短基线中微子振荡的暗示有利于eV尺度的不育中微子与这些界限严重紧张，不管先前的假设。我们还将宇宙学分析的边界转化为实验室搜索探测的参数的约束，例如$m_β$或$m_{ββ}$，分别由$β$ -衰变和$0νββ$搜索探测的有效质量参数。当允许与轻无菌中微子混合时，宇宙学导致在95\% C.L下$m_β< 0.09$ eV和$m_{ββ} < 0.07$ eV的上限，比当前实验室实验的限制更严格。
2020-03-04 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Phenomenology of the Sterile Neutrinos
本文主要研究了中微子物理中的几个问题，重点讨论了无菌中微子的现象学。本文利用中等基线反应堆实验数据研究了3+1方案中轻无菌中微子的存在性。我们还将用IceCube实验的高能大气数据探测大额外维模型的参数，并将发现卡鲁扎克莱因模式和无菌中微子之间的等价性。我们将研究不育中微子的秘密相互作用，这是为了解决宇宙学和不育中微子假说之间的紧张关系而提出的。除此之外，我们还证明了用U（1）或Z_2对称性扩展的最小2-Higgs-Doublet模型不能解释中微子质量的微小性。
2016-05-31 hep-ph
Collider signatures of sterile neutrinos in models with a gauge-singlet Higgs
不育中微子被用来解释观测到的中微子质量，但它们也对宇宙学和加速器实验有重要意义。我们探讨了标准模型的一个简单扩展的对撞机签名，其中无菌中微子获得电弱对称性破缺后，通过他们的耦合到一个真正的单态希格斯质量。在这个模型中，加速器中可以通过希格斯玻色子的衰变产生重无菌中微子。它们自己的衰变可以产生不同的信号，表明存在扩展的希格斯扇区以及单线态费米子与后者的耦合。在同样的情况下，一个遗迹物质丰度产生的衰变的单重态希格斯到弱耦合keV不育中微子。希格斯偶极子与标准模型之外的粒子的耦合放宽了目前对其质量的实验限制。
2010-08-25 hep-ph
Aspects of Neutrino Cosmology
原初核合成限制了轻的、稳定的中微子的性质。除了众所周知的中微子种类的数量限制外，中微子质量和磁矩也有限制。我还讨论了无菌中微子和中微子在一个原始磁场中的传播，如可能是观测到的银河系磁场的起源。
1993-10-05 hep-ph
Neutrino cosmology - an update
目前的宇宙学观测产生的中微子质量的上限是显着强于实验室的界限。然而，宇宙学界限的精确值是依赖于模型的，因此不太可靠。在这里，我回顾了宇宙学中微子质量边界的现状，并讨论了特别是不育中微子和LSND的影响。
2003-12-09 hep-ph
Inflation models in the light of self-interacting sterile neutrinos
短基线中微子实验，如LSND和MiniBooNE实验，指向eV质量尺度的无菌中微子的存在。为了使不育中微子与宇宙学相一致，研究了不育中微子之间的自相互作用。本文分析了普朗克宇宙微波背景辐射（CMB）和自相互作用无菌中微子（SI $ν$）数据，并研究了它们对暴胀模型的影响。SI $ν$模型对CMB数据的拟合与$Λ$ CDM模型的拟合一样好。发现SI $ν$模型的谱指数（$n_s$）值向$0.9361\pm 0.0055$移动。这对不同通货膨胀模型的有效性有重大影响。例如，斯塔罗宾斯基和四次山顶模型，这是允许在$Λ$ CDM宇宙学，排除。另一方面，一些模型，如自然膨胀和科尔曼-温伯格膨胀，现在受到青睐。因此，具有eV量级质量的自相互作用无菌中微子的存在对正确的暴胀模型的选择将起重要作用。
2020-04-02 astro-ph.CO hep-ph
Testing 3+1 and 3+2 neutrino mass models with cosmology and short baseline experiments
最近的短基线中微子振荡实验和宇宙微波背景各向异性测量的结果表明存在额外的不育中微子。在本文中，我们适当地结合这些数据集，推导出3+1和3+2框架中的不育中微子质量的界限，发现两个数据集之间潜在的良好协议。然而，当分析中包括星系团时，振荡和宇宙学数据之间的张力明显存在。
2012-07-27 astro-ph.CO hep-ph
The Not-So-Sterile 4th Neutrino: Constraints on New Gauge Interactions from Neutrino Oscillation Experiments
在无菌区具有新规范相互作用的无菌中微子模型在现象学上是有趣的，因为它们可以在中微子振荡实验、宇宙学和暗物质探测器中产生新的效应，甚至可能解释这些实验中观察到的一些异常。在这里，我们使用的数据从中微子振荡实验，特别是从MiniBooNE，MINOS和太阳中微子实验，以约束这样的模型。我们特别关注的情况下，无菌扇区规范玻色子$A'$耦合也标准模型粒子（例如重子数电流），从而诱导一个大的Mikheyev-Smirnov-Wolfenstein潜力。对于eV尺度的不育中微子，我们得到了很强的约束，特别是从MINOS，它限制了新的相互作用的强度小于$\sim 10$倍的标准模型弱相互作用，除非活跃的不育中微子混合是非常小的（$\sin^2 θ_{24} \lesssim 10^{-3}$）。这排除了足够大的规范力，以影响短基线实验，如MiniBooNE，它强加了非平凡的约束信号从无菌中微子散射在暗物质实验。
2014-08-01 hep-ph
Sterile neutrinos: the dark side of the light fermions
中微子质量的发现表明可能存在规范单重态费米子，它们通过跷跷板机制参与中微子质量的产生。相应自由度的质量范围可以从电弱尺度到普朗克尺度。如果一些单态费米子是轻的，那么在低能有效理论中会出现不育中微子。它们可以在天体物理学和宇宙学中发挥重要作用。特别是，质量为几keV的不育中微子可以解释宇宙学上的暗物质，它可以相对温暖或寒冷，这取决于生产机制。同样的粒子也可以解释观测到的中子星的速度，因为在超新星爆炸中产生的冷却中子星的辐射具有各向异性。残余的无菌中微子的衰变可以产生X射线通量，从而影响第一批恒星的形成。现有的和未来的X射线望远镜可以用来寻找残余的无菌中微子。
2009-09-11 hep-ph
Probing $f(R)$ cosmology with sterile neutrinos via measurements of scale-dependent growth rate of structure
本文利用宇宙微波背景观测、重子声振荡观测和线性增长率测量，对$f(R)$引力的无量纲康普顿波长参数$B_0$和无菌中微子质量进行了约束。由于$f(R)$模型和无菌中微子通常预测的尺度依赖的增长率，我们利用在不同的波数箱测量的增长率数据与理论增长率近似尺度无关的每个箱。所用的增长率数据来自$z=0$的五个波数仓中的特有速度测量，以及$z=0.25$和$z=0.37$的一个波数仓中的红移空间畸变测量。通过单独约束$f(R)$模型，我们得到了$\log_{10}B_0<-4.1$的严格的95%的上限.当我们同时约束$f(R)$模型和无菌中微子质量时，由于两个参数之间的简并性，这个结果稍微减弱为$\log_{10}B_0<-3.8$（在2 $σ$水平）。对于大质量无菌中微子参数，我们得到了$f(R)$模型中的有效无菌中微子质量$m_{ν,{\rm{sterile}}}^{\rm{eff}}<0.62$ eV（2 $σ$）和有效相对论性粒子数$N_{\rm eff}<3.90$（2 $σ$）.作为比较，我们还在标准$Λ$ CDM模型中获得了$m_{ν,{\rm{sterile}}}^{\rm{eff}}<0.56$ eV（2 $σ$）和$N_{\rm eff}<3.92$（2 $σ$）。
2015-03-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Sterile neutrino dark matter, neutrino secret self-interactions, and extra radiation
keV级的无菌中微子是极好的暖暗物质候选者。在早期宇宙中，这些可以由活跃中微子的振荡和散射产生。然而，在没有任何新物理学的情况下，这种机制与X射线搜索的观测结果存在严重的紧张关系。在这项工作中，我们表明，秘密的自相互作用的活跃的中微子，介导的标量，可以有效地产生这些不育的中微子，而不排除由X射线观测。这些中微子自相互作用也是可测试的：对于质量大于几MeV的介质，这些自相互作用可以在实验室实验中给出签名，而对于较轻的介质，即将到来的宇宙学探测将有可观察到的结果。
2021-10-19 hep-ph
Sterile neutrinos
中微子质量通常是通过在标准模型中加入一些SU（2）单重态费米子来描述的，这些费米子具有汤川耦合，以及一些马约拉纳质量项。这样的场的数量和它们的马约拉纳质量的尺度是未知的。一些独立的观察指出，这些单态中的一些可能具有远低于电弱标度的质量。质量只有几千电子伏的无菌中微子可以解释宇宙学上的暗物质。同样的粒子也会从超新星爆炸产生的冷却中子星各向异性地发射出来。这种各向异性可以大到足以解释所观察到的速度。LSND的结果暗示了一个更轻的无菌中微子，其质量为eV量级;它对宇宙学有着深远的影响。我们回顾了无菌中微子的物理学及其在天体物理学和宇宙学中可能发挥的作用。
2007-03-12 astro-ph hep-ph
Introduction to sterile neutrinos
建立模型的问题所提出的前景轻不育中微子的教学方法进行了讨论。我首先回顾了将不育中微子等同于“右手中微子”的天真提议。在通常的最小标准模型物质含量中加入三个规范单态费米子的简单权宜之计的批判性讨论之后，在扩展理论中检查右手中微子。我介绍了“完全不育”和“弱不育”的术语来分类通常在不育中微子旗帜下混淆的品种。在介绍了“技术自然”和“自然”的概念后，面对了作为一个无菌中微子的不可承受之轻。这个问题是用来激励镜像中微子，其连接与成对最大混合强调。对现象学的一些简短的评论是贯穿始终的。不可能确定唯一的无菌中微子目前青睐的$2 + 2$和$3 + 1$唯象结构作为一个孤独的规范单重费米子添加到最小的标准模型的解释。最后，我要谈谈光无菌中微子宇宙学的美丽和微妙之处。
2001-11-26 hep-ph
Cosmological and Astrophysical Implications of Sterile Neutrinos
中微子质量的发现意味着新粒子的存在，即不育中微子。这些粒子可能对宇宙学和天体物理学有重要意义。一个质量只有几千电子伏的无菌中微子可以解释宇宙中的暗物质。它的遗迹丰富可以通过不同的机制产生。标准模型的希格斯部分的最小扩展，与规范单态玻色子耦合到不育中微子，可以为中微子质量理论提供一致的框架，并可以通过单态希格斯衰变产生残余keV的不育中微子。这种机制在电弱尺度下起作用，并对电弱相变产生有趣的结果。由此产生的暗物质比通过振荡产生的暗物质“更冷”。这种性质改变了小尺度结构形成的限制。更重的惰性中微子可以在超新星核心产生，并影响恒星的热演化。由于寿命短，它们在包层内衰变，促进了能量从核心到超新星激波附近的传输。这增加了成功爆炸的可能性。
2009-06-22 hep-ph
Sterile Neutrinos: Phenomenology and Theory
如果人们想同时理解LSND实验的结果，即$ν_μ-ν_e$振荡和其他中微子振荡的证据，如太阳和大气中微子亏损的证据，那么除了三个已知的中微子之外，一个不育中微子似乎是不可避免的。一个主要的理论挑战是理解为什么不育中微子如此轻。一个简单的解决办法似乎是假设它是宇宙中一个镜像扇区中最轻的中微子，这个镜像扇区具有与标准模型相同的物质和规范含量。在简要回顾了唯象学的基础上，提出了一个基于规范群$SO(10)\times SO(10)^\prime$的反映镜像宇宙思想的现实大统一模型。详细的预测已知和不育中微子部门和宇宙学的后果提到。
1998-08-05 hep-ph
