Effects of active-sterile neutrino mixing during primordial nucleosynthesis
在本工作中，我们讨论了在原始光核产生过程中包含无菌活性中微子振荡的影响。我们假设无菌中微子质量本征态可能与两个最轻的活性中微子质量本征态振荡，混合角分别为$ϕ_1$和$ϕ_2$。我们还允许一个常数重整化（由一个参数（$ζ$））的不育中微子占领因素。以$ζ$和混合角为自由参数，计算了活动中微子和惰性中微子的分布函数以及原初丰度。使用可观察的数据，我们设置约束的自由参数的模型。原始丰度数据与小混合角相一致，在3 $σ$水平上，$ζ$值小于0.65。
2016-10-18 astro-ph.CO
Primordial Nucleosynthesis in the Rh = ct cosmology: Pouring cold water on the Simmering Universe
原始核合成被正确地誉为标准宇宙学模型的伟大成就之一。在这里，我们考虑在最近提出的Rh = ct宇宙，宇宙学，要求线性演化的标度因子的元素的初始锻造。与标准宇宙学相比，这样的宇宙冷却非常缓慢，在核合成过程中大大消耗了可用的中子;这对由此产生的原始元素丰度具有重要意义，预测了极少量的氦，这与观测结果严重不符。在这样一个“沸腾的宇宙”中，氦的产生可以通过提高重子与光子的比率来增强，尽管需要超过一个数量级的增加才能使氦的质量分数与观测结果一致。然而，在这种情况下，长时间的核合成导致较轻的元素被有效地烹饪成较重的元素，影响了所有元素的丰度，因此，除了氢和氦，宇宙中几乎没有轻元素。如果没有在早期宇宙中加入大量的新物理，很难理解Rh = ct宇宙如何被认为是一个可行的宇宙学模型。
2016-04-25 astro-ph.CO
Neutron injection during primordial nucleosynthesis alleviates the primordial 7Li problem
我们提出了一个参数化的研究自由热中子注入对原始核合成的影响，其中注入的速率和时间尺度是不同的。这种通用的方法被发现产生一个成功的解决方案，减少7Li丰度，而不会造成重大问题，其他元素的丰度。我们的分析表明，强子注入，可能是由于衰变或湮灭的暗物质粒子的质量约为1至30 GeV，提供了一个可能的解决方案，在标准大爆炸模型的一个突出问题。
2012-08-02 astro-ph.CO nucl-th
Spectral features of non-equilibrium antineutrinos of primordial nucleosynthesis
在原始核合成时代，由于中子和氚核的衰变，形成了非平衡反中微子背景。考虑到$β^-$衰变过程中电子与子核之间的库仑相互作用，计算了该背景下的反中微子能谱。这些光谱的重子-光子比$η$的原始核合成期间的值的依赖关系进行了研究。对这些反中微子的观测将使我们能够直接观察非常早期的宇宙和发生在原始核合成之前、期间和之后一段时间的非平衡过程。无论如何，这一现象是标准宇宙学模型图景中的又一个方面。
2020-12-14 astro-ph.CO hep-ph
Relic neutrinos: Antineutrinos of Primordial Nucleosynthesis
首次计算了原始核合成时期中子和氚衰变形成的反中微子能谱。这个光谱是除了标准宇宙中微子背景（C $ν$ B）之外的非热增加，其热光谱在原始核合成开始之前形成。对于大于$10^{-2}\,$ eV的能量，计算的非热反中微子通量超过C $ν$ B谱，并且在这个范围内没有其他可比较的反中微子源。对这些反中微子的观测将使我们能够直接观察非常早期的宇宙和发生在原始核合成之前、期间和之后一段时间的非平衡过程。
2018-09-10 astro-ph.CO hep-th
Thermonuclear reaction rates and primordial nucleosynthesis
在假设宇宙重子密度为最佳值和存在三种中微子味的情况下，标准大爆炸核合成是一个无参数模型。重要的是要评估所观察到的原始丰度是否可以通过模拟再现。许多研究表明，模拟高估了原始$^7$锂丰度的一个因素$\approx$ $3$相比，观察。这种差异可能是由$^7$ Li观测中未知的系统学、对恒星中锂的消耗知之甚少、参与锂和铍合成的热核反应速率的错误，或者超出标准模型的物理学造成的。在这里，我们专注于核物理解决方案的可能性。综述了关键核反应速率的研究现状。用最近的反应速率进行了大爆炸核合成模拟，并利用蒙特卡罗技术建立了预测丰度的不确定性。基于互信息度量研究了丰度与反应速率之间的相关性。四种反应的速率影响原始$^7$ Li丰度：$^3$ He（$α$，$γ$）$^7$ Be，d（p，$γ$）$^3$ He，$^7$ Be（d，p）2 $α$和$^7$ Be（n，p）$^7$ Li。我们采用遗传算法来搜索这四个反应，可能占所有观察到的原始丰度的同时速率变化。当搜索的反应速率范围是比最近报道的不确定性更广泛，没有可接受的解决方案被发现，根据目前可用的证据，我们得出结论，这是极不可能的宇宙学锂问题有一个核物理解决方案。
2020-08-27 astro-ph.CO
Constraining the primordial black hole abundance through Big-Bang nucleosynthesis
本研究通过将原初黑洞霍金蒸发对宇宙膨胀率和重子-光子比的影响纳入BBN代码PArthENoPE进行数值模拟，为10^8至10^9 g质量区间的PBH形成丰度设定了迄今最强上限。
2025-03-05 astro-ph.CO
Updated constraint on a primordial magnetic field during big bang nucleosynthesis and a formulation of field effects
通过对大爆炸核合成（BBN）模型中元素丰度的计算与最新观测约束的比较，导出了一个新的原初磁场（PMF）振幅上限.计算中采用了更新的核反应速率。在数值计算中，始终考虑PMF对丰度的影响，并精确地描述物理变量的变化。在由宇宙微波背景辐射测量得到的重子光子比的情况下，发现随着PMF振幅的增大，3 He和6Li的丰度增大，7 Li的丰度减小。我们推导出对PMF当前振幅的约束，即，根据严格计算，B（0）<1.5 μ G [对应于BBN温度T=10^9 K时振幅小于2.0 × 10 ^{11} G]。
2012-07-10 astro-ph.CO
Introduction to Big Bang Nucleosynthesis and Modern Cosmology
原始核合成仍然是现代宇宙学的支柱之一。它是许多宇宙学模型最终必须依赖的试验场。在宇宙膨胀的最初几分钟里，这是我们在重要的辐射主导时期对宇宙的唯一探测。本章回顾了时空、宇宙学和大爆炸核合成的基本方程。我们还总结了目前的状态，观测约束的原始丰度以及关键的核反应和它们的不确定性。我们总结了在大爆炸期间哪些核测量是最关键的。我们还回顾了各种宇宙学模型及其限制。特别是，我们分析了大爆炸核合成放置在基本常数的可能的时间变化的约束，随着暗物质和暗能量，长寿命的超对称粒子，重力波和原始磁场的性质和起源的约束。
2017-06-09 astro-ph.CO
The primordial abundance of 4He: evidence for non-standard big bang nucleosynthesis
我们提出了一个新的测定的原始氦的质量分数Yp，基于93光谱的86低金属丰度河外HII地区，并考虑到最新的发展有关的系统效应。这些包括碰撞和荧光增强的氦复合线，底层氦恒星吸收线，碰撞和荧光激发的氢线和温度和电离结构的HII区域。用Monte Carlo方法同时求解上述系统效应，我们发现最佳值为Yp=0.2565+/-0.0010（stat.）+/- 0.0050（系统）。这个值在2西格玛水平上高于标准大爆炸核合成（SBBN）给出的值，当中子寿命τ（n）分别为885.4+/-0.9 s和878.5+/-0.9 s时，轻中微子种类的有效数Nnu分别为3.68^+0.80_-0.70（2 σ）和3.80^+0.80_-0.70（2 σ）/-0.8s，即大于实验值2.993+/-0.011。
2010-01-25 astro-ph.CO
Revised Big Bang Nucleosynthesis with long-lived negatively charged massive particles: updated recombination rates, primordial 9Be nucleosynthesis, and impact of new 6Li limits
我们广泛地重新分析了长寿命的带负电荷的大质量粒子X-对大爆炸核合成（BBN）的影响。含X粒子的BBN模型最初是由于标准BBN模型预测的6，7 Li丰度与贫金属星观测结果之间的差异而提出的。在这个模型中，7 Be通过与X粒子的复合以及随后的辐射质子捕获而被破坏。我们计算了7 Be，7 Li，9 Be和4 He与X-的辐射复合的精确速率。在非共振率，我们考虑到各自的部分波的散射状态和各自的束缚状态。核电荷分布的有限尺寸导致波函数偏离点电荷核的波函数。对于一个重X-质量，m_X \gtrsim 100 GeV，d-波-> 2 P跃迁对7 Li和7，9 Be是最重要的，不像与电子的复合。我们提出的m_X=1000 GeV的7 Be复合的非共振速率比现有的速率大6倍以上。此外，我们提出了一个新的重要反应的9 Be生产：重组的7 Li和X-其次是氘捕获。我们导出了X核的结合能、反应速率和Q值。然后，我们计算BBN，发现7 Be的破坏量显着依赖于7 Be的电荷分布。最后，更新的约束条件的初始丰度和寿命的X-的修订上限的原始6Li丰度的上下文中导出。修正了7 Li问题解的参数区域，修正了原始9 Be丰度。
2014-06-18 astro-ph.CO
Standard Big-Bang Nucleosynthesis after Planck
原始核合成（BBN）与宇宙膨胀和宇宙微波背景辐射（CMB）一起，是大爆炸模型的三大强有力的历史证据之一。普朗克任务最近的结果与以前的WMAP值相比，稍微改变了重子密度Omega_b的估计值。本文利用普朗克测定的Omega_b的新值、改进的核网络和新的光谱观测，更新了轻元素的BBN预言。虽然没有重大修改，但原始D/H丰度（2.67+/-0.09）x 10^{-5}的误差条较窄，原始Li/H丰度（4.89^+0.41_-0.39）x 10^{-10}略有降低。然而，这最后一个值仍然比它在银河系晕星中观测到的光谱丰度大3倍。原始氦丰度为Y_p = 0.2463+/-0.0003。
2013-07-26 astro-ph.CO
Primordial Nucleosynthesis
原始或大爆炸核合成（BBN）现在是一个参数自由的理论，其预测是在良好的整体符合观察。然而，7 Li的计算丰度是显着高于从光谱观测推断。大多数解决锂问题的方法都涉及额外的中子源，这不可避免地导致氘丰度的增加。最近的氘观测已经大大降低了D/H的不确定性，并要求提高热核反应速率的精度，这似乎已经被排除在外。
2016-09-20 astro-ph.CO nucl-ex
Standard big bang nucleosynthesis and primordial CNO Abundances after Planck
原初核合成（BBN）是大爆炸模型的三个强有力的历史证据之一。普朗克卫星任务的最新结果与以前的WMAP分析相比，稍微改变了重子密度的估计。本文更新了BBN预测的轻元素使用宇宙学参数确定的普朗克，以及改进的核网络和新的光谱观测。原始Li/H丰度略有降低，然而，这个锂值仍然通常比银河系晕星中观测到的光谱丰度大3倍。根据这个“锂问题”的重要性，我们跟踪它的BBN计算丰度的重子密度，中子寿命和网络更新后的微小变化。此外，我们首次提供了6Li，9 Be，11B和CNO生产的置信限，这是通过我们扩展网络的广泛Monte Carlo计算得出的。一个具体的重点是铸造CNO原始生产。考虑到CNO形成周围核反应速率的不确定性，我们得到CNO/H \approx（5-30）× 10^{-15}。我们通过分析产率和反应速率之间的相关性进一步改进了这一估计，并确定了新的有影响力的反应速率。如果同时改变这些不确定的速率，可能导致CNO产量显著增加：CNO/H \sim 10^{-13}。这一结果对于研究第三星族恒星在黑暗时代的形成具有重要意义。
2014-10-21 astro-ph.CO
Primordial Nucleosynthesis
原始核合成（BBN）是大爆炸模型的三大证据之一，与宇宙膨胀和宇宙微波背景一起。在9个数量级的范围内，从观测中推导出的4 He，D，3 He和7 Li的丰度与原始核合成中计算的丰度之间有很好的全球一致性。这种比较被用来确定宇宙的重子密度。为此，它现在被宇宙微波背景（CMB）辐射各向异性的分析所取代。然而，在计算的和观测到的锂原始丰度之间仍然存在3-5倍的差异，这一差异尚未被最近的核物理实验或新的观测所减少。在这里，我们回顾了BBN的核物理方面的生产4 He，D，3 He和7 Li，但也6Li，9 Be，11B和CNO同位素。例如，这些对于第一批恒星起源时物质的初始组成很重要。大爆炸核合成，已经被用来，首先限制重子密度，中微子家族的数量，仍然是一个有价值的工具，以探索早期宇宙的物理学，像变化的“常数”或替代理论的引力。
2012-08-23 astro-ph.CO nucl-ex
Primordial Big Bang Nucleosynthesis and Generalized Uncertainty Principle
本研究将二次型广义不确定原理（GUP）作为热力学引力的半经典方法，借助大爆炸核合成观测数据与轻元素原初丰度约束其形变参数，所得结果与多数宇宙学研究的现有β约束一致。
2021-11-11 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Primordial nucleosynthesis with varying fundamental constants: Solutions to the Lithium problem and the Deuterium discrepancy
原始核合成的成功受到长期存在的锂问题的限制。我们使用自洽微扰分析的影响，相关的理论参数对原始核合成，包括自然界的基本常数的变化，探索问题及其可能的解决方案，在最新的观测和理论建模的背景下。我们量化了解决锂问题所需的消耗量，并表明恒星中化学元素的传输过程能够解释它。具体来说，原子扩散，旋转和穿透对流的组合使我们能够重现第二星族恒星的锂表面丰度，从原始锂丰度开始。我们还表明，即使有这个损耗因子，在这个时代的精细结构常数的值是一个偏好，大于目前的实验室百万分之几的相对变化，在两个到三个标准偏差的统计意义。这种偏好是由最近注意到的从宇宙微波背景和原始核合成分析推断的重子-光子比（或等价的氘丰度）的最佳拟合值之间的差异驱动的，并且对氦-4丰度很大程度上不敏感。因此，我们得出结论，锂问题很可能有一个天体物理学的解决方案，而氘的差异提供了一个新的物理学的可能线索。
2021-06-26 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Nucleosynthesis After WMAP
在早期的演化过程中，炽热、致密的宇宙为探索高能基础物理提供了实验室。通过研究这些早期时代的遗迹，例如宇宙只有几分钟大时原始核合成过程中合成的轻元素，以及大约40万年后质子、阿尔法粒子和电子（重新）结合时最后散射的遗迹，宇宙微波光子，宇宙的演化可以用来检验宇宙学和粒子物理学的标准模型，并对超越这些标准模型的物理学建议设置约束。
2010-04-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Primordial nucleosynthesis with varying fundamental constants: Improved constraints and a possible solution to the Lithium problem
原初核合成是热大爆炸模型的观测基石，也是超越标准模型的一个敏感的物理探测器。它的成功受到了所谓的锂问题的限制，对此已经提出了许多解决方案。我们报告的自洽微扰分析自然的基本常数，这是不可避免的，在大多数的标准模型的扩展，原始核合成的变化的影响，专注于广泛的大统一理论模型。对${}^4$ He、D、${}^3$ He和${}^7$ Li的理论预测和观测测量进行统计比较，一致地得出了核合成时期精细结构常数$α$的优选值，该值大于当前实验室的值。统计显著性的水平和优选的变化程度取决于模型假设，但前者可以超过四个标准差，而后者总是与较低红移的约束相容。如果分析中不包括锂，则对$α$变异的偏好不具有统计学显著性。${}^3$ He的丰度对这种变化相对不敏感。我们的分析突出了一个可行的和物理动机的解决方案，锂的问题，值得进一步研究。
2020-01-06 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Nucleosynthesis: The Predicted and Observed Abundances and Their Consequences
在宇宙演化的早期，宇宙曾一度是一个宇宙核反应堆。宇宙的膨胀和冷却将这一时期限制在最初的几分钟内，这使得只有最轻的核素（D，3He，4He，7Li）的合成在天体物理学上非常有趣。对于宇宙学和粒子物理学（SBBN）的标准模型中的大爆炸核合成（BBN），SBBN预测的丰度仅取决于一个可调参数，重子密度参数（重子（核子）与光子的数量比）。回顾了遗留轻元素丰度的预测值和观测值，检验了原始核合成的内在一致性。BBN的一致性也探讨了通过比较宇宙学参数的值推断的原始核合成的标准模型和模型与非标准的早期宇宙膨胀率从宇宙背景辐射的研究，它提供了宇宙的快照约40万年后BBN结束。
2010-09-24 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Big Bang Nucleosynthesis with an Inhomogeneous Primordial Magnetic Field Strength
研究了强度在空间上不均匀的随机原初磁场（PMF）对大爆炸核合成（BBN）的影响。我们假设总能量密度是均匀的，场强是高斯分布的。在这种情况下，由于局部PMF的变化，BBN时期存在不同温度的域。我们表明，在这种情况下，在不同温度的区域平均粒子速度的有效分布函数偏离麦克斯韦-玻尔兹曼分布。这种偏差与PMF能量密度$ρ_{\rm Bc}$和涨落参数$σ_{\rm B}$的标度不变强度有关。我们进行BBN网络计算考虑到PMF强度分布，并推导出重子-光子比$η$，$ρ_{\rm Bc}$，和$σ_{\rm B}$的函数的元素丰度。我们发现，PMF的波动减少了$^7$ Be的生产和提高D的生产。我们分析了平均热核反应速率与单一温度下的反应速率，发现平均带电粒子反应速率有很大不同。最后，我们从观测到的$^4$ He和D丰度中约束参数$ρ_{\rm Bc}$和$σ_{\rm B}$，发现$^7$ Li丰度显著降低。我们还发现，如果在BBN的$η$值大于现今的值，由于PMF的耗散或BBN后的外来粒子的辐射衰变，或者如果恒星耗尽的$^7$ Li发生，所有轻元素的丰度可以与观测的限制。
2019-01-25 astro-ph.CO
Restrictions on the lifetime of sterile neutrinos from primordial nucleosynthesis
我们分析了质量在1-140 MeV范围内的衰变无菌中微子对原始氦-4丰度的影响，明确地解决了所有粒子种类的玻尔兹曼方程，考虑到中微子味振荡，并特别注意系统的不确定性。我们表明，氦丰度只取决于无菌中微子的寿命，而不是活跃的无菌混合的方式之间的味道分布，并推导出上界的寿命。我们还证明了Izotov和Thuan [arXiv：1001.4440]最近的结果，他们发现氦-4丰度的标准原始核合成值比预测的高2 σ，与等离子体中存在寿命为0.01-2秒的无菌中微子一致。这些粒子的衰变扰乱了（去耦的）中微子的光谱，并加热了光子，改变了中微子与光子的能量密度比，这可以解释为在复合时期有额外的中微子种类。
2012-09-19 astro-ph.CO hep-ph
Primordial nucleosynthesis with varying fundamental constants: Degeneracies with cosmological parameters
作为热大爆炸模型基石的原始核合成的成功受到长期存在的锂问题的限制。最近的工作提出了一个自洽的微扰分析的影响，在自然界的基本常数的变化对原始核合成的大统一理论模型的广泛的类，表明这种模型提供了一个可能的解决方案，锂的问题，提供的值的精细结构常数$α$在核合成时期是大于目前的实验室一个由几个百万分之一的相对变化。在这里，我们扩展了早期的分析，专注于如何这个首选值的$α$的影响，如果相关的宇宙学参数也允许变化-特别关注重子-光子比，中微子的数量，和中子寿命。我们用在这类大统一理论中解决锂问题所需的这些参数的值来重新表述锂问题，从而得到与其他实验结果相差几个标准差的值。使用这些实验结果作为分析中的先验，我们发现，更大的值的$α$仍然是优选的，证实了我们以前的结果。通过从分析中排除锂，我们还获得了在原始核合成时期$α$的可能变化的上限。在2 σ水平上，如果没有核物理学、宇宙学或原子钟先验知识，这些是$|Δα/α|<50$ ppm，或者如果使用这些先验知识，则是$|Δα/α|<5$ ppm。虽然锂问题最简单的解决方案可能在观测天体物理学中找到，但我们的工作表明，改变基本常数仍然是一个可行的选择。
2020-12-18 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Black Hole Hot Spots and Nucleosynthesis
King’s College London（伦敦国王学院）
研究原初黑洞蒸发过程中形成的热斑对大爆炸核合成期间轻核光电解离的影响
2025-11-25 astro-ph.CO hep-ph
New bounds on Memory Burdened Primordial Black Holes from Big Bang Nucleosynthesis
本研究探讨了“记忆负担”效应对超轻原初黑洞蒸发动力学的量子抑制，重新计算了来自大爆炸核合成的宇宙学界限，发现该效应显著改变了早期宇宙中超轻PBHs的先前限制，并指出特定质量范围的PBHs不受观测限制。
2025-06-25 astro-ph.CO hep-ph
Probing nuclear observables via primordial nucleosynthesis
我们研究了原始核丰度对基本核观测量的依赖性，如结合能，散射长度，中子寿命，\textit{etc.}通过改变这些量。的数值计算进行了四个公开的代码，从而促进了调查的模型依赖（系统）的不确定性，这些依赖性。此外，考虑到速率对某些相关参数的敏感性对温度的依赖性，导致最终原始丰度的敏感性降低，这在某些情况下是明显的。这些影响被认为是相关的核丰度的基本参数，如夸克质量或耦合的核参数研究的依赖性。
2022-08-26 astro-ph.CO hep-lat hep-ph
An analysis of constraints on relativistic species from primordial nucleosynthesis and the cosmic microwave background
我们提出的限制相对论物种的数量从联合分析的宇宙微波背景（CMB）的波动和轻元素丰度（氦和氘）相比，大爆炸核合成（BBN）的预测。我们的BBN计算包括根据最近的实验和理论信息对核速率的更新，其中最显著的变化发生在d（p，gamma）^3He的截面。我们计算BBN理论和观测的似然函数，占观测误差和核速率的不确定性，可以很容易地嵌入宇宙学参数拟合。然后，我们表明，CMB和BBN是在很好的协议，这表明相对论物种的数量没有改变的时间之间的BBN和重组的时间。BBN和CMB之间的一致性水平，以及与粒子物理学标准模型的一致性，在某种程度上取决于原始氦丰度测定之间的系统差异。我们表明，有趣的约束可以得出相结合的CMB和D/H观测与BBN理论，这表明改进的D/H约束将是一个非常有价值的宇宙学探测。
2011-12-12 astro-ph.CO nucl-th
Influence of the variation of fundamental constants on the primordial nucleosynthesis
本文研究了大爆炸核合成（BBN）中基本常数的变化对原始元素产生的影响。本文着重讨论了核子-核子相互作用的可能变化对A=5（5Li和5 He）和A=8（8Be）不稳定核的核反应速率的影响。3 He（d，p）4 He和3 H（d，n）4 He的反应速率分别由5Li和5 He复合核的宽模拟共振特性决定。虽然三α过程4 He（aa，g）12 C通常在BBN中无效，但其速率对“霍伊尔态”的位置非常敏感，并且如果8Be在BBN期间稳定，则原则上会受到极大影响。我们发现，常数的变化对~ 3 He（d，p）~ 4 He，~ 3 H（d，n）~ 4 He和~ 4 He（aa，g）~（12）C反应速率的影响不足以引起对BBN的显著影响，即使有稳定的~ 8Be。主要的影响来自于弱反应速率和A=2，n（p，g）d瓶颈反应。
2013-01-08 astro-ph.CO nucl-th
Nuclear weak interaction rates in primordial nucleosynthesis
我们计算选定的轻核的弱相互作用率在大爆炸核合成（BBN）的时代，我们评估这些速率对核丰度流的历史和最终的轻元素丰度产量的影响。我们考虑了~ 3 He和~ 7 Be上的电子和电子反中微子俘获，以及~ 3 H和~ 7 Li上的正电子俘获和电子中微子俘获的逆过程。我们还计算了正电子和电子中微子在6 He上的俘获率。在适当的情况下，我们计算β和正电子衰变跃迁。正如预期的那样，最终的标准BBN丰度产率几乎没有受到这些弱过程的影响，尽管核流历史可能会有轻微的改变。然而，非标准BBN场景，例如，那些涉及与高能末态中微子的平衡粒子衰变的过程可能会受到这些过程的影响。
2010-09-01 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Big Bang nucleosynthesis revisited via Trojan Horse Method measurements
核反应速率是理解原始核合成的最重要的输入之一，因此也是对早期宇宙进行定量描述的最重要的输入。本文给出了~ 2 H（d，p）_3H，~ 2 H（d，n）_3He，~ 7 Li（p，α）_4He和~ 3 He（d，p）_4He反应直接截面的最新汇编。这些都是大爆炸核合成计算中最不确定的截面。通过特洛伊木马法（THM）的测量也进行了审查，并与直接数据进行比较。在这项工作中的反应速率和相应的建议的错误被用作原始核合成计算的输入，以评估其对2 H，3，4 He和7 Li原始丰度的影响，然后与观测进行比较。
2014-03-19 astro-ph.CO nucl-ex nucl-th
Nuclear reaction rates and the primordial nucleosynthesis
大爆炸核合成（BBN）中元素原始丰度的理论预测受到输入核反应速率的不确定性的支配。我们调查的效果修改这些反应速率轻元素丰度产率在BBN取代现有的88个反应速率的35。我们已经研究了这些产率作为演化时间或温度的函数。我们发现，使用这些新的反应速率的结果，在氦的质量分数只有一点点增加，在BBN计算中得到以前。这允许洞察的作用，核反应速率在设置的中子质子比在BBN时代。我们观察到，即使有相当大的核物理的不确定性，这些核反应中的大多数具有最小的影响，标准的BBN丰度产额的$^6$锂和$^7$锂。
2011-11-15 astro-ph.CO nucl-ex nucl-th
Revisiting Big-Bang Nucleosynthesis Constraints on Dark-Matter Annihilation
我们研究了大爆炸核合成时期的暗物质湮灭对轻元素原始丰度的影响。通过考虑暗物质湮灭产生的反核子以及中子和质子在高能核子非弹性散射中的相互转换反应，改进了轻元素丰度的计算.通过比较原始轻元素丰度的理论预测与最新观测约束，我们得到了暗物质对湮灭截面的上界。并讨论了对某些粒子物理模型的启示。
2015-10-01 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Black Holes Evaporating before Big Bang Nucleosynthesis
Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；Kaiping Neutrino Research Center（开平中微子研究中心）
研究原始黑洞在大爆炸核合成前蒸发的影响，发现其质量需超过10⁹克才能产生可观测效应，并公开代码以促进未来改进。
2025-12-30 astro-ph.CO hep-ph
Big Bang Nucleosynthesis with Stable $^8$Be and the Primordial Lithium Problem
自然界基本常数的变化或早期宇宙中的等离子体效应可以稳定$^8$ Be，防止其衰变为两个$^4$ He核。Coc等人研究了这种对大爆炸核合成的影响，作为$B_8$的函数，两个$^4$ He核和一个$^8$ Be核之间的质量差，发现$B_8 \le 100$ keV没有影响。在这里，我们检查具有较大$B_8$的稳定$^8$ Be，并且还允许$^4$ He + $^4$ He $\longrightarrow$ $^8$ Be的速率变化，以确定感兴趣效应的阈值。我们发现$B_8 < 1$ MeV的标准大爆炸核合成没有变化。对于$B_8 \gtrsim 1$ MeV和足够大的反应速率，相当一部分$^4$ He被燃烧成$^8$ Be，当$B_8$呈现其现今值时，其裂变回到$^4$ He，使原始$^4$ He丰度保持不变。然而，这种$^4$ He的螯合导致原始$^7$ Li丰度的降低。原始丰度的$^7$锂与观察推断的值一致，可以获得类似的反应速率计算的今天（未结合$^8$ Be）的情况下。即使是最大的结合能和最大的反应速率在这里检查，只有一小部分的$^8$ Be燃烧成更重的元素，与早期的研究一致。对于我们检验的任何模型，预测的氘丰度都没有变化。
2017-09-13 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Cosmological solutions to the Lithium problem: Big-bang nucleosynthesis with photon cooling, $X$-particle decay and a primordial magnetic field
在BBN中计算的$^7$ Li丰度与从CMB功率谱拟合得到的重子-光子比是固定的，这与在贫金属晕星表面观察到的锂丰度不一致。以前提出的解决这个$^7$ Li问题的宇宙学解决方案包括光子冷却（可能通过标量粒子的玻色-爱因斯坦凝聚）或长寿命$X-$粒子（可能是次轻的超对称粒子）的衰变。在本文中，我们重新分析这些解决方案，无论是单独的和一致的。我们还介绍了原始磁场（PMF）到这些模型的可能性。我们约束的$X-$粒子和PMF参数所观察到的轻元素丰度使用的可能性分析，以表明，包括所有三种可能性导致锂问题的最佳解决方案。我们推导出了PMF中$X-$粒子参数和能量密度的允许范围，可以解决$^7$ Li问题。
2014-06-30 astro-ph.CO hep-ph
Constraining spacetime noncommutativity with primordial nucleosynthesis
讨论了由轻元素大爆炸核合成（BBN）引起的对非对易（NC）规范场理论的尺度$Λ_{\rm NC}$的一个约束。反对称张量$θ^{μν}$描述的NC背景中中微子的传播确实导致了以与生成无关的方式与光子的树能级矢量耦合，从而提高了在核合成时三个光右手（RH）场对宇宙能量密度有可观贡献的可能性。考虑在给定的宇宙学时期，RH中微子与带电等离子体组分的弹性散射过程，我们得到了附加双重中微子有效数$ΔN_ν=1$的保守极限为$Λ_{\rm NC} \stackrel{>}{\sim}$ 3 TeV.对于更严格的要求，$ΔN_ν\lesssim 0.2$，界限大大提高，$Λ_{\rm NC} \stackrel{>}{\sim} 10^3$ TeV。对于我们的界限的$θ$ -扩展的NC行动始终是有意义的，因为RH物种的去耦温度是持之以恒地远低于推断的范围的非对易性。
2009-04-01 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Neutrino decoupling including flavour oscillations and primordial nucleosynthesis
我们重新讨论了中微子在早期宇宙中的味振荡去耦。我们重新推导的量子动力学方程，确定中微子演化的基础上BBGKY类层次结构，并包括第一次完整的碰撞项，与所有相关的反应的对角和非对角项。我们重点讨论了零化学势的情况，并数值求解这些方程。我们还开发了一个近似方案的基础上绝热演化的物质基础。事实上，振荡和宇宙学时间尺度之间的巨大差异允许考虑平均味振荡，当与微分系统雅可比矩阵的直接计算相结合时，平均味振荡可以将数值积分加速两个数量级。近似的数值方案也是有用的，以获得更多的洞察中微子去耦的物理。结合等离子体热力学QED修正的最新结果，我们将中微子的有效数更新为$N_{\mathrm{eff}} = 3.0440$。最后，我们研究了中微子退耦过程中味振荡对随后的原始核合成的影响。
2020-12-06 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
The electromagnetic fine-structure constant in primordial nucleosynthesis revisited
本文通过更新核反应率并考虑温度依赖性和系统误差，重新分析原初核合成对精细结构常数的约束，发现当前氘和氦-4丰度将其变化限制在2%以内，优于以往结果。
2023-05-25 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Lorentz invariance violation in the neutrino sector: a joint analysis from big bang nucleosynthesis and the cosmic microwave background
本文通过对大爆炸核合成和宇宙微波背景的联合分析，研究了中微子区洛伦兹不变性破坏的约束条件。在大爆炸核合成时期的洛伦兹不变性破坏的影响改变了预测的氦-4丰度，这影响了在重组时期的宇宙微波背景的功率谱。结合原始氦-4丰度的最新测量，普朗克2015年的宇宙微波背景各向异性数据对变形参数给出了强约束，因为增加原始氦测量打破了变形参数和物理暗物质密度之间的简并性。
2017-06-14 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Nucleosynthesis with Non-Extensive Statistics
本文应用Tsallis非广延统计研究大爆炸核合成中的轻元素丰度，发现4He、3He和7Li的预测与观测吻合良好，表明锂异常可能源于物理成分的微调，但氘丰度仍偏离观测。
2024-04-24 astro-ph.CO nucl-th
Incomplete neutrino decoupling effect on big bang nucleosynthesis
在原始宇宙中，中微子退耦只发生在电子正电子湮没之前，导致中微子能量密度增加，与标准瞬时退耦近似相比，具有$10^{-2}$阶谱失真。然而，在文献中有差异的影响，它对随后的原始核合成，在丰度修改的幅度和他们的符号。我们回顾了中微子退耦如何间接影响核合成的各个阶段，即中子丰度的冻结，中子β衰变的持续时间和核合成本身。这允许预测的丰度变化的迹象时，预计中微子去耦的物理考虑。为了简单起见，我们忽略了中微子振荡，但我们从中微子温度变化和扭曲的详细相互作用推测，它们对末态轻元素丰度的影响应该是次主导的。
2020-02-18 astro-ph.CO hep-ph
Constraining nonminimal f(T) gravity from Primordial Nucleosynthesis to Late-Universe observations
Damascus University（大马士革大学）；Syrian Private University（叙利亚私立大学）；Antioch Syrian University（安条克叙利亚大学）
通过结合原初核合成与晚期宇宙观测，研究非最小f(T)引力的约束，揭示其对标准宇宙学的偏离限制。
2026-01-21 astro-ph.CO gr-qc
Big Bang Nucleosynthesis and the Helium Isotope Ratio
在大爆炸核合成过程中，寻找偏离物理学标准模型的传统方法包括仔细而微妙地测量由氦组成的重子的质量分数。最近对这个量的测量暂时支持了超越标准模型的新物理学，但从历史上看，这种方法受到了隐藏的系统不确定性的影响。在这封信中，我表明，原始氘丰度和原始氦同位素比的联合测量有可能提供一个新的物理学超越标准模型的补充和可靠的探针。利用最近对原始氘丰度的测定，并假设测得的太阳前3 He/4 He陨石丰度反映了原始值，可以对中微子种类的有效数量设定一个界限，Neff（BBN）= 3.01（+0.95-0.76，95%置信度）。虽然这个Neff值支持标准模型，但目前还不清楚太阳系形成前的3 He/4 He比值是否反映了原始值。在近乎原始的环境中对氦同位素比率进行新的天体物理测量，加上对几个重要核反应（其中一些已经在尝试中）的最新计算和实验值，将大大改善对可能偏离标准模型的限制。为此，我描述了一种分析策略，以测量从附近的低金属丰度H II区域发出的3 He I通量。所提出的技术可以尝试与下一代的大型望远镜，并将更容易实现在金属贫乏的H II区域与静态运动学。
2015-10-09 astro-ph.CO nucl-ex
Constraints on Primordial Black Holes From Big Bang Nucleosynthesis Revisited
随着空间的膨胀，黑洞中的能量密度相对于辐射的能量密度增加，这为我们提供了考虑早期宇宙包含大量此类物体的情况的动力。在这项研究中，我们重新审视的限制，原始黑洞来自测量的轻元素丰度。黑洞和它们的霍金蒸发产物可以通过改变中子-质子冻结时的膨胀率，以及通过辐射可以将质子转化为中子的介子，反之亦然，来影响大爆炸核合成（BBN）时代。这样的黑洞可以提高原始中子与质子的比例，并增加最终产生的氦的数量。此外，霍金蒸发的产物可以分裂氦核，这既降低了氦的丰度，又增加了原始氘的丰度。在以前工作的基础上，我们利用现代氘和氦的测量得到严格的限制黑洞蒸发在$t_{\rm evap} \sim 10^{-1}$ s $\sim 10^{13}$ s（对应于$M \sim 6\times 10^8$ g到$\sim 2 \times 10^{13}$ g，假设标准模型粒子含量）。我们还考虑了超越标准模型的物理学如何影响这些约束。由于霍金蒸发的引力性质，黑洞蒸发的速率以及通过这一过程产生的粒子类型取决于完整的粒子谱。在此背景下，我们讨论的情况下，具有大量的解耦自由度（\ie ~大隐藏部门），以及TeV级超对称模型。
2020-06-05 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Testing a Dilaton Gravity Model using Nucleosynthesis
大爆炸核合成（BBN）是目前Lambda CDM宇宙学的最严格证据之一，也是宇宙微波背景（CMB）辐射的最严格证据。在这项工作中，我们的主要目的是提出我们的计算结果有关的原始丰度的轻元素，在高维稳态宇宙模型的背景下，在介子引力。结果表明，在某些情况下，轻元素（原始D，3 He，4 He，T，7 Li）的丰度存在显著差异，并根据天体物理观测结果，对一个特殊的强子引力模型和Lambda-CDM模型进行了比较.
2014-09-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Effects of power law primordial magnetic field on big bang nucleosynthesis
大爆炸核合成（BBN）受到原初磁场（PMF）能量密度的影响。为了便于推导PMF生成模型的约束条件，我们假设PMF具有幂律（PL）分布的波数定义与场强，PL指数，最大和最小尺度在一个世代。然后，我们展示了PL-PMF参数和PMF的标度不变（SI）强度之间的关系的第一次。我们进行了BBN计算，包括PMF的影响，并显示作为重子光子比$η$的函数的丰度。PMF的SI强度受$^4$ He和D丰度的观测约束。当在BBN期间存在PMF时，作为$η$的函数的$^7$ Li/H的最小丰度在较大的$η$值处略微移动到较高的$^7$ Li/H值。然后，我们讨论了保偏光纤效应中PL-PMF参数之间的简并性。此外，我们假设一个一般的情况下，其中存在和耗散的PMF是可能的。然后，它被发现的保偏磁场的SI强度的上限可以从$^4$ He丰度的约束，并允许$^7$ Li丰度的下限是显着高于在贫金属恒星中观察到的。
2012-12-12 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Non-standard cosmic expansion histories: Neutrino decoupling and primordial nucleosynthesis signatures
本研究探讨非标准宇宙膨胀历史中超硬流体的影响，发现中微子退耦和原初核合成观测对这类模型提供约束，其中氦-4丰度测量最严格，未来改进可测试其显著效应区域。
2024-02-09 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Black Holes and $r$-Process Nucleosynthesis
我们发现，如果质量为${10}^{-14}\,{\rm M}_\odot < {\rm M}_{\rm PBH} < {10}^{-8}\,{\rm M}_\odot$的原始黑洞占暗物质的百分之几或更多，那么在原始黑洞与中子星的相互作用中可以产生部分或全部的$r$过程核合成。被中子星（NS）捕获的PBH下沉到NS的中心，并从内部消耗它。当这发生在旋转的毫秒周期NS中时，所产生的自旋向上蒸发相对冷的富含中子的材料的$\sim 0.1-0.5\,{\rm M}_{\odot}$。这种喷射过程以及伴随的核物质减压和衰变可以产生电磁瞬变，如千诺瓦型余辉和快速射电暴。这些瞬变并不伴随着显著的引力辐射或中微子，这使得这些事件可以与发生在引力波观测站的距离灵敏度限制内的紧凑物体合并区分开来。PBH-NS的破坏方案是一致的脉冲星和NS统计，暗物质的内容和空间分布在银河系和超暗矮星（UFD），以及与$r$ -过程的内容和演化历史，在这些网站。喷射出的物质被β衰变加热，这导致正电子的发射量与从银河系中心观察到的511 keV线一致。
2017-08-09 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Impact of the $^7$Be($α, γ$)$^{11}$C reaction on the primordial abundance of $^7$Li
计算了$^7$ Be（$α, γ$）$^{11}$ C的辐射俘获截面及其与大爆炸核合成有关的反应速率.这种反应对原始$^7$锂丰度的影响进行了修订，包括在相关的能量区域的窄和宽的共振。我们的计算表明，在二体势模型中，与大爆炸核合成相关的$^{11}$ C中的极低能量共振是不可能出现的。根据我们的结果和与以前的理论和实验分析的比较，我们得出结论，这种反应对所谓的“宇宙学锂之谜”的影响是完全无关的。
2018-05-31 astro-ph.CO nucl-ex nucl-th
New cosmological constraints on primordial black holes
我们更新了进入质量范围为10^9- 10^17 g的原始黑洞的宇宙分数的约束条件，这些约束条件与它们的蒸发对大爆炸核合成和河外光子背景的影响有关。我们包括第一次所有的影响夸克和胶子发射的黑洞对这些约束和帐户的最新观测发展。然后，我们讨论了在这个质量范围内的其他限制，并表明这些限制比核合成和光子背景限制弱，除了一个小范围10^13- 10^14 g，在那里宇宙微波背景各向异性的阻尼占主导地位。最后，我们回顾了非蒸发原始黑洞的引力和天体物理效应，更新了在更宽的质量范围1- 10 ^50 g内的约束。
2010-05-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
