Neutrino collective effects and sterile neutrino production in the early universe
中微子-中微子相互作用，作为介导的标准模型Z交换，可以大大提高Dodelson-Widrow机制的温度$5-15$ MeV的区域内的无菌中微子的生产。对于处于KeV区域的无菌物质，在通常类型的活跃-无菌中微子耦合下，即使活跃-无菌耦合小到足以避开实验室结果设定的界限，产生的物质也足以提供充足的暗物质。
2021-11-19 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino refractive effects during their decoupling era in the early universe
有一种公认的方法来计算超新星晕中的中微子味密度矩阵，在这种方法中，需要仔细跟踪频繁散射区域上方区域的中微子振幅，而不是截面。同样的推理和技术，应用于中微子退耦时代早期宇宙中中微子味道和能量分布的演化，导致中微子-中微子相互作用效应的预测发生根本性的变化。对不育中微子产生的预测，如果它们存在的话，也将被改变。
2021-03-24 astro-ph.CO hep-ph
A review of neutrino decoupling from the early universe to the current universe
本文综述了早期宇宙中残余中微子与电子、正电子和中微子相互作用所引起的光谱畸变。我们求解了中微子密度矩阵的积分-微分动力学方程，包括真空三味中微子振荡、电子和正电子背景振荡、碰撞项以及对电子质量和电磁等离子体的有限温度修正，直到次领先阶$\mathcal{O}(e^3)$。在此基础上，我们估计了中微子退耦过程中的光谱畸变对当前宇宙中宇宙中微子本底（C $ν$ B）的数密度和能量密度的影响，并讨论了这些影响对直接探测C $ν$ B对氚的俘获率的影响，重点讨论了PIMMY型实验。此外，我们还得到了中微子有效数$N_{\rm eff}=3.044$的精确值。然而，QED对弱相互作用率的修正在$\mathcal{O}(e^2 G_F^2)$量级和中微子通过自相互作用的前向散射在整个文献中还没有得到精确的考虑。最近的研究表明，这些忽略可能会导致$N_{\rm eff}$中$\pm(10^{-3} - 10^{-4})$的不确定性。
2022-11-02 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino collective effects during their decoupling era in the early universe
有一种公认的方法来计算超新星晕中的中微子味密度矩阵，在这种方法中，需要仔细跟踪频繁散射区域上方区域的中微子振幅，而不是截面。同样的推理和技术，应用于中微子退耦时代早期宇宙中中微子味道和能量分布的演化，导致中微子-中微子相互作用效应的预测发生了根本性的变化。对不育中微子产生的预测，如果它们存在的话，也将被改变。
2021-04-06 astro-ph.CO hep-ph
Precision calculation of neutrino evolution in the early Universe
在原始宇宙中，中微子退耦只发生在电子正电子湮没之前。与标准的瞬时退耦近似相比，这导致中微子能量密度显著增加，由中微子物质的有效数量$N_{\rm eff}$参数化。需要精确计算中微子演化，以评估其在宇宙学后期阶段的后果，并需要考虑多种效应，如中微子振荡，这是一个真正的数值挑战。最近，几个关键的改进已经允许这种精确的数值计算，导致新的参考值$N_{\rm eff}=3.0440$。
2021-10-21 astro-ph.CO hep-ph
keV Neutrino Dark Matter in a Fast Expanding Universe
本文研究了标准模型的最小$U(1)_{B-L}$规范扩展中存在keV中微子暗物质的可能性。在不考虑额外的粒子或对称性的情况下，我们认为最轻的右手中微子在keV质量范围内，这是运动学上长寿命的。由于规范相互作用，这样的keV中微子可以在早期宇宙中热产生，然后在相对论性的情况下去耦。这种keV中微子的最终剩余丰度通常会超过宇宙，需要额外的机制将其置于观测极限之下。我们提出了一个非标准的宇宙学历史的标量场$ϕ$，红移速度比辐射占主导地位的宇宙之前，辐射占主导地位的时代。我们发现，这样一个非标准的阶段可以保持丰富的热生成keV中微子暗物质内观察到的遗迹丰度。我们约束的非标准相，$U(1)_{B-L}$参数从这些要求，也简要地评论后，观测方面的keV中微子暗物质。
2018-09-10 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino flavor transformation in the lepton-asymmetric universe
我们研究了轻子不对称条件下早期宇宙中中微子的味转换，重点研究了具有1 - 3个混合参数的双味系统。我们确定了五个不同的制度，出现在一个近似的治疗忽略碰撞的初始轻子不对称性在高温下的变化，从相当于当前的轻子数的限制值的中微子中微子前向散射潜力是可以忽略不计的。在这些状态下发生的特征现象是（1）大的同步振荡，（2）最小的味道转换，（3）不对称（中微子或反中微子）MSW，（4）部分MSW，和（5）对称MSW。我们检查我们的数值结果的绝热性的框架中，我们说明了它们是如何修改碰撞阻尼。最后，我们指出在早期宇宙中存在的物质中微子共振，并表明它们遭受非绝热性。
2016-10-06 astro-ph.CO hep-ph
Big Bang Nucleosynthesis constraints on sterile neutrino and lepton asymmetry of the Universe
本文研究质量为$150- 450$ MeV的无菌中微子的宇宙学效应。不育中微子的衰变改变了宇宙的热历史，并影响了复合和大爆炸核合成（BBN）结果中辐射的能量密度。我们从氦-4和氘的原始丰度中推导出对不育中微子参数的严格限制。我们还发现，在一个特定的模型的约束可以大大放宽假设一个大的轻子不对称性的活动中微子。在这种情况下，一致的参数导致$N_{\mathrm{eff}} \simeq 3.2- 3.4$，并可以缓解哈勃张力。
2020-10-12 astro-ph.CO hep-ph
Reactor sterile neutrinos, dark energy and the age of the universe
有迹象表明，从反应堆实验和LSND和MiniBooNE实验的中微子振荡数据显示，两个不育中微子物种的偏好，都在eV区域的质量。我们表明，这一结果有一些重要的宇宙学参数的显着影响。具体地说，我们使用CMB，LSS和SN 1A数据的组合，并表明，存在两个轻，不育中微子将排除宇宙学常数为暗能量在95%的置信水平，并降低宇宙的膨胀年龄为12.58 \pm 0.26 Gyr。
2011-05-11 astro-ph.CO hep-ph
Sterile neutrino production at small mixing in the early universe
在早期宇宙中，惰性中微子可以通过与活跃中微子的相互作用产生。对于小的活性-无菌混合角，与标准模型等离子体的热平衡没有达到，无菌中微子只能通过味振荡产生。我们详细研究了这一制度，考虑到物质的潜力和退相干效应所造成的弹性散射与等离子体。我们发现，共振振荡发生在温度$T\lesssim 10\,\mathrm{GeV}$导致一个显着的增强无菌中微子的生产率。考虑到这一点，我们改进了对大爆炸核合成和宇宙微波背景的活性-无菌混合的约束，排除了对于$10\,\mathrm{MeV}$至$10\,\mathrm{GeV}$范围内的无菌中微子质量的混合角降至$θ_s\sim 10^{-10}-10^{-16}$。我们观察到，如果不育中微子主要衰变成亚稳的隐藏扇区粒子，这个过程提供了一个新的暗物质生产机制，符合不育中微子轻中微子质量的起源通过跷跷板机制。
2022-04-08 astro-ph.CO hep-ph
Non-unitary three-neutrino mixing in the early Universe
在标准模型之外的许多物理场景中，三中微子混合正则图像中的幺正性偏差是可以预期的。新的重中性轻子与三个轻中微子的混合原则上会改变带电电流和中性电流与物质相互作用的强度和味道结构。因此，非么正性效应会对早期宇宙中的中微子退耦过程以及中微子的有效数$N_{\rm eff}$的值产生影响。我们用非幺正中微子混合矩阵计算了辐射形式的宇宙学能量密度，讨论了参数之间可能的相互作用。从即将到来的宇宙学观测中对$N_{\rm eff}$进行高精度的测量，可以提供对幺正性偏离的独立和互补的限制。为了完整性，我们涉及到的情况下，从幺正性的非标准中微子相互作用的小偏差，并比较预测的约束，在文献中的其他现有的限制。
2022-11-18 astro-ph.CO hep-ph
Chiral gravitational waves from thermalized neutrinos in the early Universe
我们研究了早期宇宙中手征费米子产生的极化引力波。特别地，我们着重讨论了辐射占优时代中具有有限温度和化学势的热平衡中左手中微子的贡献。我们计算了与Stokes参数$V$有关的引力场的关联函数，该参数表征了闵可夫斯基和膨胀时空背景中引力波的圆偏振。在膨胀的宇宙中，我们发现热化中微子在长波区诱导出与中微子简并参数和引力波波数成线性关系的非零$V$。虽然由热中微子产生的引力波的幅度太小，无法被当前和计划中的第三代引力波探测器探测到，但未来一代超高频区域探测器的观测可以提供早期宇宙中中微子简并参数的信息。
2022-09-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Neutrino flavor mixing breaks isotropy in the early universe
在早期宇宙中，中微子场通常被认为是各向同性和均匀的。然而，由于大的中微子密度，中微子场的各向同性的小扰动可能会被中微子自相互作用引起的非线性味道混合放大。我们进行了第一次数值模拟的中微子味的演变在一个多角度的各向异性设置。由于所涉及的计算挑战，我们采用了一个简化的框架，包括一个均匀的宇宙有两个角度仓-左，右移动模式-中微子和反中微子，以及碰撞项的近似形式，超出了通常采用的阻尼近似。通过假设一个小的初始左右不对称的$\mathcal{O}(10^{-15})$，我们令人信服地证明，味道演变可以在两个质量排序的影响，与热激发中微子物种（$N_{\mathrm{eff}}$）的有效数量的影响。值得注意的是，对$N_{\rm eff}$的修正可以与正常顺序下有限温度QED效应的高阶修正相媲美。此外，通过假设中微子扇区中的轻子初始不对称性与重子扇区[ $\mathcal{O}(10^{-9})$ ]中的轻子初始不对称性相同，我们发现中微子-反中微子不对称性在各向同性和各向异性初始条件下增长了几个数量级。这项工作清楚地表明，有必要批判性地重新审视关于早期宇宙中中微子味道混合的标准假设，特别是考虑到对宇宙学可观测量的可能影响。
2021-06-09 astro-ph.CO hep-ph
Effects of an Intermediate Mass Sterile Neutrino Population on the Early Universe
炽热而致密的早期宇宙与高精度宇宙学观测的前景相结合，为超越标准模型（BSM）物理提供了一个有趣的实验室。我们模拟了早期宇宙，研究了在弱退耦时，热填充的无菌中微子态衰变为标准模型产物的影响。这些衰变将大量的熵沉积到等离子体中，并产生大量的高能非平衡活性中微子。因此，我们可以通过它们的推断值$N_{\rm eff}$来约束这些模型，$N_{\rm eff}$是相对论自由度的有效数量。在这项工作中，我们探讨了各种模型与$N_{\rm eff}{}$值一致的CMB观测，但有很大不同的活动中微子光谱，这将挑战标准的宇宙学模型，影响轻子捕获率的自由核子，并可能显着影响大爆炸核合成（BBN）。
2021-09-23 astro-ph.CO hep-ph
Scalar induced resonant sterile neutrino production in the early Universe
\cite{Bezrukov:2017ike,Bezrukov:2018wvd}最近提出，宇宙标量场可以完全改变早期宇宙中keV尺度的无菌中微子的产生。对于不同的参数选择，它的作用可能是抑制无菌中微子的产生，使适度的活性-无菌混合在宇宙学上是可以接受的，或者增加产生，并从无菌中微子中产生相当多的暗物质成分，否则与SM的混合可以忽略不计。在本文中，我们提供了分析估计补充和提供细节的数值计算中进行的\cite{Bezrukov:2018wvd}的情况下，共振放大的无菌中微子生产。我们还讨论了有关的现象学和理论问题，成功地实现了这一想法在完全现实的粒子物理学的标准模型的扩展。
2020-07-13 astro-ph.CO hep-ph
Neutrinoful Universe
粒子物理学的标准模型无法解释标准宇宙学中的重要部分，如宇宙的暴胀、重子生成和暗物质。我们考虑的可能性，该部门产生小中微子质量是负责所有这些;膨胀是由希格斯场打破$B-L$规范对称性，提供马约拉纳质量的右手中微子，并由$B-L$希格斯玻色子衰变的再加热过程提供第二轻的右手中微子的CP破坏衰变产生$B-L$不对称性，一个la，leptogenesis。最轻的右手中微子也是在再加热过程中产生的，并作为宇宙的暗物质保留至今。在暴胀子势的极小模型中，可以利用包括BICEP 2和Planck实验在内的CMB观测数据来设定暴胀子势的参数。在这种情况下，预测暗物质粒子的质量为PeV。我们发现，PeV右手中微子的衰变可以解释在冰立方实验中观察到的高能中微子流量，如果寿命是$10^{28}$ s的顺序。
2014-07-08 astro-ph.CO hep-ph
Glimpses into the early Universe
这篇文章简要概述了我们目前对早期宇宙的理解所依据的理论思想。将早期宇宙模型的预测与宇宙学观测，特别是宇宙微波背景波动的观测相对照，将提高我们对原始宇宙物理学的认识。
2009-10-02 astro-ph.CO hep-th
Sterile Neutrino Dark Matter from Generalized $CPT$-Symmetric Early-Universe Cosmologies
我们将辐射主导的$CPT$对称宇宙中的引力粒子产生推广到非标准的，但也是$CPT$对称的早期宇宙宇宙学。我们计算了右手“不育”中微子成为宇宙学暗物质所需的质量。由于一般的无菌中微子与标准模型的活性中微子混合，我们使用最先进的工具来计算超重无菌中微子暗物质衰变的伽马射线和高能活性中微子的预期光谱。我们证明了在早期宇宙中，无菌中微子从未处于热平衡。我们表明，非常高的能量切伦科夫望远镜可能会检测到一个信号的无菌中微子寿命高达约10 $^{27}$ s，而在高能量中微子望远镜，如冰立方的信号可以检测到的寿命高达10 $^{30}$ s，提供了一个更好的机会，在一个广阔的景观可能的质量检测。
2021-06-16 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Active-sterile neutrino oscillations in the early Universe with full collision terms
在早期宇宙中，惰性中微子通过与活性中微子的振荡在一定的混合参数下被热化。这个热化过程的最详细的计算涉及动量依赖的量子动力学方程的解决方案，跟踪中微子相空间分布的演变。到目前为止，量子动力学方程中的碰撞项一直是用平衡分布近似的，但这种近似从未被数值检验过。在这项工作中，我们重新使用完整的碰撞项的不育中微子热化计算，并与现有的各种近似文献中的结果进行比较。我们发现一个更好的协议比天真的预期，但也确定了一些问题，这些近似值，以前没有得到赞赏。这些包括中微子通过散射的非物理产生和通过散射重新分配动量的重要性，以及泡利阻塞的细节。最后，我们设计了一个新的近似方案，它改善了以前的计划的一些缺点。
2015-06-17 astro-ph.CO hep-ph
Massive sterile neutrinos in the early universe: From thermal decoupling to cosmological constraints
我们考虑相对较重的中微子$ν_H$，主要是对无菌状态$ν_s$的贡献，其质量在10 MeV $\lesssim m_s \lesssim m_π \sim 135$ MeV范围内，这是在早期宇宙中涉及活跃中微子的碰撞过程中热产生的，并在QCD相变后冻结。如果这些中微子在主动中微子去耦后衰变，它们会产生额外的中微子辐射，但也有助于熵产生。因此，它们改变了中微子种类$N_{\rm eff}$的有效数的值，例如通过宇宙微波背景（CMB）测量的，以及影响原始核合成（BBN），特别是${}^4$ He的产生。我们提供了一个详细的说明有关玻尔兹曼方程的解决方案。我们还确定了当前普朗克卫星数据所允许的参数空间，并预测了未来第4阶段地基CMB观测所探测的参数空间，预计将匹配或超过BBN灵敏度。
2021-07-31 astro-ph.CO hep-ph
Thermalisation of sterile neutrinos in the early Universe in the 3+1 scheme with full mixing matrix
在一个3+1方案的框架下，考虑到全$4\times4$混合矩阵，我们考虑了早期宇宙中无菌中微子的热化。中微子能量分布的演变被发现解决动量依赖的动力学方程与完整的对角碰撞条款，在以前的分析味中微子去耦在标准的情况下。无菌状态的热化程度示出的中微子的有效数量，$N_{\rm eff}$，和它的依赖于三个额外的混合角（$θ_{14}$，$θ_{24}$，$θ_{34}$）和平方质量差$Δm^2_{41}$进行了讨论。我们的结果是相关的固定的第四轻中微子物种的宇宙学能量密度，其值是非常好的约束最终普朗克分析的贡献。对于短基线中微子实验的活性-无菌混合参数的优选区域，我们发现第四状态是完全热化的（$N_{\rm eff}\simeq 4$）。
2019-07-09 astro-ph.CO hep-ph
Limits on Neutrino-Neutrino Scattering in the Early Universe
在标准模型中，中微子被假定为在宇宙中流动，因为它们最后一次散射是在弱退耦时期，当时标准模型等离子体的温度为~MeV。自由流中微子的剪切应力在宇宙微波背景（CMB）上留下引力印记，使CMB成为中微子散射的灵敏探针。然而，中微子领域中非标准物理的存在可能会改变这一标准年表，并将中微子自由流推迟到更晚的时代。我们利用CMB的观测结果来限制中微子自相互作用G_eff的强度，并限制早期宇宙中微子领域的新物理。最近的测量CMB在大多极普朗克卫星和高-l实验是至关重要的探测这一物理。在常规λ CDM参数的背景下，宇宙学数据与G_eff <1/（56 MeV）^[2]是一致的，中微子自由流可能会延迟到它们的温度冷却到约25 eV。有趣的是，我们还发现了另一种与宇宙学数据相一致的宇宙学，即中微子在$G_{\rm eff} \simeq 1/({\rm 10 \, MeV})^{2} \simeq 8.6\times10^8 G_{\rm F}$附近的一个狭窄区域内相互散射，直到z~10 ^4，并且具有优选的相互作用强度，其中$G_{\rm F}$是费米常数。这种独特的自相互作用中微子宇宙学的特点是标量光谱指数和原始波动的幅度都略低。虽然我们在这里的讨论是根据一个特定的场景，在这个场景中，中微子自由流可能会发生延迟，但我们对中微子可见度函数的限制是非常普遍的。
2014-12-06 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino-Assisted Early Dark Energy is a Natural Resolution of the Hubble Tension
最近有人声称，中微子辅助的早期暗能量模型-一个有希望的哈勃张力的解决方案，可以改善困扰其他理论的理论微调和巧合问题-并没有提供自然的或宇宙学上有趣的结果。在这篇简短的论文中，我们表明这些结论是不正确的，原因有三。首先，我们要找出计算中的错误。第二，我们争论的定义是什么构成了一个“有趣的”和“自然的”模型。最后，我们证明了的结论是在没有充分探索模型的完整参数空间的情况下得出的。中微子辅助的早期暗能量仍然是哈勃张力的自然和有趣的潜在解决方案，值得进一步研究。
2023-02-17 astro-ph.CO hep-ph
Signatures of Bulk Neutrinos in the Early Universe
本研究围绕体中微子相关的大额外维度理论，重新梳理宇宙学可观测量对惰性中微子Kaluza-Klein塔的约束，探讨低再加热温度下放宽约束适配近微米级额外维度的可能，以及正信号下的区分方法。
2024-10-04 astro-ph.CO hep-ph
Light sterile neutrino production in the early universe with dynamical neutrino asymmetries
近年来，人们提出了用轻的惰性中微子与活跃中微子混合来解决短基线振荡实验中观测到的各种异常现象。这些中微子也可以由早期宇宙中活跃中微子的振荡产生，在不同的宇宙学观测值上留下可能的痕迹。在这里，我们进行了更新的研究中微子动力学方程在（3+1）和（2+1）振荡计划，动态演变的原始不对称性的活动中微子，并考虑第一次CP破坏的影响。在没有中微子不对称性的情况下，eV质量尺度的无菌中微子将完全热化，从而与CMB，LSS和BBN数据产生紧张关系。在过去的文献中，主动中微子的不对称性被认为是通过抑制介质中的无菌-主动混合角来抑制无菌中微子产生的一种方法。然而，中微子的不对称性也允许共振的无菌中微子产生。我们发现，如果活性物种具有相等的不对称性L，则需要值|L| =10^{-3}来开始抑制共振无菌产生，大约比先前预期的大一个数量级。当活性物质具有相反的不对称性时，不育丰度进一步增强，需要甚至更大的|L| \simeq 10^{-2}来开始抑制它们的产生。在后一种情况下，违反CP（自然预期）进一步加剧了这一现象。宇宙学观测的一些后果进行了简要的讨论：例如，它是可能的，温和的supplement的不育物种生产与显着的光谱扭曲的活性中微子物种，特别是BBN的潜在有趣的现象学后果。
2012-09-24 astro-ph.CO hep-ph
The Universe at the MeV era: neutrino evolution and cosmological observables
早期宇宙中的中微子物理是我们理解宇宙学后期阶段的关键，例如原始核合成（BBN）或大尺度结构的形成。未来十年，我们将有新的实验结果来更精确地探索和约束宇宙学模型--这需要强有力的理论预测。这篇博士论文研究了宇宙大爆炸后第一秒内中微子的演化，更准确地说，是在宇宙温度为1兆电子伏的时候。这种演变是通过数值求解动力学方程，我们提出了一个新的推导。第一个应用是计算所谓的“标准”退耦，以计算量化原始相对论性物质能量密度的宇宙学参数$N_\mathrm{eff}$，精确到万分之几。这项研究强调了有效地描述风味振荡现象的可能性，利用所涉及的时间尺度的大分离。这样的近似，然后适应和验证的情况下，中微子和反中微子之间的非零不对称性。最后，我们半解析地研究了中微子不完全退耦对BBN的影响，以了解氦和氘的原始丰度如何受到这种物理学的影响。
2022-09-14 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino-electron magnetohydrodynamics in an expanding Universe
我们推导出一个新的模型，中微子等离子体相互作用在一个膨胀的宇宙，包括集体效应的中微子上的等离子体成分。我们从平坦的Friedmann-Robertson-Walker度规中的多物种等离子体的动力学描述开始，其中粒子通过弱相互作用的带电和中性电流形式与中微子耦合。然后，我们推导出流体方程，并专门我们的模型（a）轻子时代，在那里我们考虑一对电子-正电子等离子体与电子（反）中微子相互作用，（b）后的电子正电子湮没，在那里我们模拟电子-质子等离子体，并采取慢离子和惯性较小的电子的限制，以获得一组中微子-电子磁流体动力学（NEMHD）方程。在这两个模型中，等离子体的动力学都受到中微子运动通过有质动力的影响，因此，感应方程中出现了新的项，可以作为早期宇宙中产生磁场的来源。我们的模型可能的应用提出了一个简短的讨论。
2021-10-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Flavor-specific Interaction Favors Strong Neutrino Self-coupling in the Early Universe
味道-普适中微子自相互作用已经被证明可以缓解从早期和晚期宇宙数据中测量的哈勃常数值之间的紧张关系。我们介绍了一个自相互作用的结构，这是特定的味道在三个积极的中微子框架。这是由几个实验室实验中电子和μ子中微子之间新的秘密相互作用的严格限制所激发的。我们的研究表明，存在一个强相互作用模式，这意味着一个晚前的中微子辐射平等的去耦。利用耦合强度与其他宇宙学参数的简并性，我们解释了这种新模式的起源，因为它更好地拟合了CMB数据中的某些特征。我们发现，如果只有一个或两个的三个活跃的中微子口味是相互作用的，那么强相互作用的中微子模式的统计意义大大增加相对于口味的普遍情况。然而，该相互作用模式的耦合强度的中心值在风味特定的情况下不会改变任何明显的量。我们还简要分析了一个方案，超过三个中微子物种，其中只有一个是自相互作用。在任何一种情况下，我们都没有找到一个足够大的哈勃常数来解决所谓的哈勃张力。
2021-07-28 astro-ph.CO hep-ph
Inflationary Gravitational Waves and the Evolution of the Early Universe
我们研究了早期宇宙中可能发生的各种现象对暴胀引力波谱的影响。这些现象包括相变、非相对论物质的熵产生、暗辐射的产生以及热浴中暗物质/辐射的退耦。这些事件可以在暴胀引力波谱中产生几个特征信号，这可能是对早期宇宙历史和高能物理性质的直接探测。
2013-07-22 astro-ph.CO hep-ph
Mass Varying Neutrinos, Quintessence, and the Accelerating Expansion of the Universe
我们分析了质量变化中微子（MaVaN）的情况。本文主要在有限温度量子场论的框架下，考虑了无质量狄拉克费米子与标量场耦合的极小模型。我们证明，我们发现的质量方程有非平凡的解决方案，只有特殊类的潜力，只有在一定的温度区间。我们给出了Ratra-Peebles暗能量（DE）势的大部分结果。分析了该模型的热（时）演化。根据时间箭头，预测了稳定、亚稳和不稳定相。该模型预测，目前的宇宙低于其临界温度，并加速。在临界点，宇宙经历了一个一阶相变，从（Meta）稳定的振荡状态到DE场的不稳定的滚动状态。这一结论与最初的观点一致，即精粹是一种使宇宙滚向其真正真空的力，其Λ项为零。由于DE密度和中微子质量都是由势的尺度M决定的，所以目前的MaVaN方案不存在符合问题。选择M ~ 10^{-3} eV与当前的DE密度匹配，我们可以得到m ~ 10^{-2}-1 eV范围内的当前中微子质量和宇宙其它参数的一致估计。
2011-02-07 astro-ph.CO hep-ph
Early Decay of Peccei-Quinn Fermion and the IceCube Neutrino Events
IceCube观测到了从TeV到PeV能量范围内的高能中微子通量。早期宇宙中一个大质量长寿命粒子的衰变可能是冰立方中微子事件的起源，我们称之为“早期衰变情景”。“在本文中，我们基于Peccei-Quinn模型构建了一个包含如此大质量长寿命粒子的粒子物理模型。我们计算了目前的中微子通量，考虑到现实的初始能量分布的大质量的长寿命粒子的衰变产生的粒子。我们表明，早期衰变的情况下，自然适合Peccei-Quinn模型，并观察到的中微子通量冰立方可以解释在这样一个框架。我们还看到，基于该模型，实现了解释大量长寿命粒子丰度的一致宇宙学历史。
2016-09-22 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
From Quark-Gluon Universe to Neutrino Decoupling: 200<T<2MeV
探讨了夸克和强子宇宙的性质。动力学理论的考虑，证明强子丰度后，从夸克到强子的相变保持不变，直到强子的丰度变得无关紧要。详细描述了强子化过程和强子产额的演化。
2012-11-19 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Non-Thermal Dark Matter Mimicking An Additional Neutrino Species In The Early Universe
南极望远镜（SPT）、阿塔卡马宇宙学望远镜（ACT）和威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）都报告了宇宙微波背景辐射（CMB）角功率谱的测量结果，这表明除了粒子物理学的标准模型中包含的三种中微子之外，还存在大约一种额外的中微子。中微子通过增加辐射密度来影响宇宙微波背景辐射，从而改变宇宙在复合之前的膨胀速率。在本文中，我们考虑了另一种可能性，这些测量所暗示的多余动能是由暗物质粒子所拥有的，这些粒子是通过非热机制产生的，比如晚期衰变。特别是，我们发现，如果今天宇宙中的一小部分（<1%）暗物质是通过一个重的和相对长寿命的状态的衰变产生的，宇宙的膨胀历史可能与标准宇宙学模型中预测的中微子没有区别。此外，如果这些衰变发生在大爆炸核合成完成之后，这种情况可以避免与轻元素丰度测量所偏好的三种中微子物种的值的紧张关系。
2011-12-02 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Flavour Mixing of Neutrinos and Baryon Asymmetry of the Universe
我们研究了$ν$ MSM中的重子生成问题。MSM是由三个右手中微子扩展的最小标准模型，其质量小于弱标度。在这个模型中，宇宙的重子不对称性（BAU）是通过右手中微子之间的味振荡产生的。我们考虑了BAU完全起源于活动中微子混合矩阵中的CP破坏的情况。我们进行分析和数值估计的BAU的产量，并显示如何BAU依赖于混合角和CP违反阶段。发现中微子质量的反层次结构的不对称性比正常层次结构的不对称性得到约4%的抑制因子。然而，指出当$θ_{13}=0$和$θ_{23} = π/4$时，正常层次中的重子生成变得无效，因此倒置层次的情况对于解释目前的BAU变得重要。
2010-04-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Neutrino Non-Standard Interactions via Light Scalars in the Earth, Sun, Supernovae and the Early Universe
中微子与物质在标量场中的非标准相互作用会产生介质依赖的中微子质量，从而改变中微子的振荡几率。产生可观察到的效果需要超轻标量介体。利用量子场论方法，在有限密度和温度下，考虑长程力效应，导出了标量NSI的一般表达式，并讨论了适用于中微子在不同介质（如地球、太阳、超新星和早期宇宙）中传播的各种极限情况.我们还分析了各种地面和空间为基础的实验约束，以及天体物理和宇宙学的约束，这些NSI参数，适用于狄拉克或马约拉纳中微子。通过结合所有这些限制，我们表明，可观察到的标量NSI效应，虽然排除在地面实验中，仍然有可能在未来的太阳和超新星中微子数据，以及宇宙学观测，如宇宙微波背景和大爆炸核合成数据。
2020-06-02 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Neutrino Interactions in the Late Universe
宇宙中微子背景既是对热大爆炸的戏剧性预测，也是当前和未来观测的一个引人注目的目标。相对论性中微子在早期宇宙中的影响已经在一些宇宙学探测器中被观察到。此外，中微子的非零质量在后期改变了结构的生长，这一特征是许多即将到来的调查的目标。这些测量对中微子的物理性质很敏感，可以用来探测中微子领域标准模型之外的物理。我们探索了一个有趣的可能性，轻右手中微子耦合到所有，或一部分，暗物质通过调解人。在广泛的参数空间中，这种相互作用只在后期才变得重要，并且由后期宇宙学观测值唯一探测。由于这种耦合，暗物质和中微子表现为具有非平凡声速的单一流体，导致小尺度上的功率抑制。在当前和近期的宇宙学调查中，这个特征相当于中微子质量总和的增加。考虑到目前的限制，我们表明，最多0.5%的暗物质可以耦合到中微子以这种方式。
2021-08-16 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Search for GeV-scale sterile neutrinos responsible for active neutrino oscillations and baryon asymmetry of the Universe
粒子物理的标准模型不能解释宇宙的中微子振荡、暗物质和重子不对称性。所有这些问题都可以通过在模型中加入三个无菌中微子来解决。非常值得注意的是，如果无菌中微子质量远低于电弱标度，这种修改--中微子最小标准模型（nuMSM）--可以通过实验进行验证。我们讨论了一个新的实验上寻找GeV尺度的不育中微子，这在nuMSM的框架负责的物质-反物质不对称性的产生和活跃的中微子质量的衰变。如果轻于2 GeV，这些粒子可以在质子束流收集实验的靶中由高能质子产生的粲介子衰变中产生，随后衰变为轻SM粒子。为了充分探索nuMSM的这一部分，新实验需要至少10^{20}个入射质子在目标上获得的数据（未来在CERN SPS可以实现），以及由大量相同的单个模块构建的大体积探测器，总的无菌中微子衰变长度为几公里。初步可行性研究表明，该实验具有灵敏度，可能导致发现费米尺度以下的新粒子-中微子的右手伙伴-或排除质量低于2 GeV的跷跷板无菌中微子。
2013-01-23 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Connecting QGP-Heavy Ion Physics to the Early Universe
我们讨论了早期宇宙中夸克-胶子等离子体的性质和演化，并与实验室重离子实验进行了比较。我们描述了物质和反物质如何从夸克和胶子的原始汤中出现。我们集中讨论早期宇宙和实验室实验之间的相似性和差异。
2013-06-11 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Measuring growth index in a universe with massive neutrinos: A revisit of the general relativity test with the latest observations
本文通过测量含有大量（无菌/活性）中微子的宇宙中的增长指数$γ$，对广义相对论（GR）进行了一致性检验。我们采用红移空间畸变测量来进行分析。为了约束其他宇宙学参数，我们还使用了其他宇宙学测量，包括普朗克2015年宇宙微波背景温度和偏振数据，重子声学振荡数据，Ia型超新星JLA数据，弱透镜星系剪切数据和普朗克2015年透镜数据。在含有大量无菌中微子的宇宙中，我们得到了$γ=0.624^{+0.055}_{-0.050}$，与GR预言的$γ=0.55$在1.48 $σ$水平上的张力，表明考虑无菌中微子仍然不能使$γ$的真实测量与GR预言很好地一致。在有大量活动中微子的宇宙中，我们得到了正能级情况下的$γ=0.663\pm0.045$，简并能级情况下的$γ=0.661^{+0.044}_{-0.050}$和反能级情况下的$γ=0.668^{+0.045}_{-0.051}$，它们与GR的张力都在2 $σ$能级以上.我们发现，考虑大质量活动中微子（无论考虑何种质量等级）几乎不影响增长指数$γ$的测量。
2018-02-24 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmological Neutrinos
在热大爆炸宇宙学的背景下，目前低能量中微子的宇宙背景被预测与宇宙背景辐射的光子一起存在。宇宙学中微子的数密度与宇宙背景辐射光子的数密度在同一数量级。这使得中微子成为宇宙中第二丰富的粒子种类。在早期宇宙中，当这些中微子具有高度相对论性时，它们在决定宇宙的最终结构和演化方面的作用是显着的。
2022-03-31 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Detection prospects for high energy neutrino sources from the anisotropic matter distribution in the local universe
冰立方探测到的宇宙中微子源的数量和亮度的限制已经通过有针对性的点源搜索来设定。我们使用2 MASS红移巡天（2 MRS）目录，它映射了当地宇宙的物质分布设置补充约束。假设中微子源的分布遵循物质的分布，我们寻找冰立方天空图上的“暖”点与2 MRS物质分布之间的相关性。通过蒙特卡罗模拟的预期数量的中微子多重态和仔细建模的检测器性能（包括冰立方-Gen 2），我们证明了本地密度超过$10^{-6} \, \text{Mpc}^{-3}$和中微子光度$L_ν \lesssim 10^{42} \, \text{erg} \, \text{s}^{-1}$（$10^{41} \, \text{erg} \, \text{s}^{-1}$）的源将有效地揭示我们的方法使用冰立方（冰立方-Gen 2）。在低光度下，如IceCube-Gen 2探测，这种分析的灵敏度优于需要统计上显著的点源直接观察。
2017-03-07 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Early dark energy from massive neutrinos -- a natural resolution of the Hubble tension
如果暗能量的早期成分在物质辐射相等的时候变得活跃，那么哈勃的张力就可以得到显著的缓解。早期的暗能量模型存在一个巧合问题--物质辐射相等的物理学和早期的暗能量是完全不相关的，因此需要某种程度的微调才能使它们几乎同时发生。在本文中，我们提出了一个自然的解释这种巧合。如果早期的暗能量标量与中微子耦合，那么在中微子变得非相对论性的时候，它会收到大量的能量注入。这正是当它们的温度与它们的质量相当时，巧合的是，这发生在物质辐射相等的时候。因此，中微子退耦提供了一个自然的触发早期暗能量的位移场从它的最小值之前，物质辐射平等。我们讨论了这一建议的各个理论方面，潜在的观测签名，以及未来的研究方向。
2020-04-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Trans-Planckian Censorship Conjecture and Early Universe Cosmology
我回顾了“跨普朗克审查猜想”（TCC）及其对宇宙学的影响，特别是对暴胀宇宙的情况。虽然暴胀情景受到TCC的严格限制，但其他早期宇宙情景并不受限制。
2021-02-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Comment on "keV Neutrino Dark Matter in a Fast Expanding Universe" by Biswas et al
Biswas等人发现，当宇宙的能量密度由非标准的额外成分$ϕ$主导时，暗物质粒子冻结的热残余密度可以被极大地抑制，该额外成分的能量密度红移比辐射快。在这里，我们表明，这一结果，这与以前的大量文献相矛盾，是不正确的：错误在于假设（去耦）额外的组件$ϕ$有助于熵自由度相关的暗物质冻结。如果是这样的话，就需要一种完全不同的方法来计算暗物质遗迹的丰度，结果会大不相同。
2018-10-16 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
CPT-Symmetric Universe
我们提出宇宙的状态{ \it not}自发地违反CPT。相反，大爆炸之后的宇宙是之前宇宙的CPT图像，无论是经典的还是量子力学的。大爆炸前和大爆炸后的时期组成了一个宇宙/反宇宙对，从无到有，直接进入一个热的、辐射主导的时代。CPT对称性在这样的时空中选择了一个独特的QFT真空态，为宇宙学重子不对称性提供了一个新的解释，也为宇宙学暗物质提供了一个非常经济的解释。只需要粒子物理学的标准三代模型（右手中微子），一个$\mathbb{Z}_2$对称性就足以使一个右手中微子稳定。我们根据第一原理计算它的丰度：与观测到的暗物质密度相匹配，需要它的质量为$4.8\times10^{8}~{\rm GeV}$。其他几个可检验的预言如下：（i）三个轻中微子是马约拉纳，允许无中微子双$β$衰变;（ii）最轻的中微子是无质量的;（iii）不存在原始长波引力波。我们提到了与强CP问题和时间箭头的联系。
2018-12-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Limitations of an Effective Field Theory Treatment of Early Universe Cosmology
假设超弦理论是在量子水平上统一自然界所有力的基本理论，我认为有效场论技术在描述早期宇宙宇宙学中的适用性存在关键限制。
2021-08-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Introduction to Early Universe Cosmology
观测宇宙学正处于它的“黄金时代”，有大量关于宇宙中物质和光分布的最新数据。这些数据可以用来探索早期宇宙的理论。正是小振幅的宇宙学涨落编码了关于极早期宇宙的信息，并将其与当前的数据联系起来。因此，在这些讲座的中心议题是“理论的宇宙学扰动“，该理论描述了产生的不均匀性在非常早期的宇宙和他们的演变，直到目前的时间。我将把这个理论应用于非常早期宇宙的三类模型。第一个是“暴胀宇宙学”，这是目前理解宇宙早期演化的范式。我将回顾暴胀宇宙学的成功，但也将重点放在暴胀宇宙学所面临的一些概念上的挑战，这些挑战促使人们寻找可能的替代方案。我将介绍两种可供选择的方案，“物质反弹”模型和“弦气体宇宙学”，我将讨论如何宇宙学波动，可以解释目前的数据在这些模型中产生。
2011-03-11 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
