Coupling between cold dark matter and dark energy from neutrino mass experiments
我们考虑的宇宙学模型与动力学暗能量（dDE）耦合到冷暗物质（CDM），同时允许中微子的质量。使用MCMC方法，我们比较这些模型与广泛的宇宙学数据集。我们发现这种耦合强度和中微子质量之间有很强的相关性。当BAO数据包括在分析中时，这种相关性仍然存在。然后，我们添加粒子实验的$ν$质量的先验。声称从海德堡-莫斯科无中微子双$β$衰变实验中检测到$ν$质量意味着7-$8 σ$检测到CDM-DE耦合。类似地，从即将到来的KATRIN氚$β$衰变实验中检测到$ν$质量将意味着在暗扇区中安全检测到耦合。以前试图用这种可能的$ν$质量数据来适应宇宙现象学的尝试求助于$w < -1$ eoS。我们比较这样的选项与耦合选项，发现后者允许一个巨大的改进。
2010-02-16 astro-ph.CO
Are priors responsible for cosmology favoring additional neutrino species?
最近的宇宙学数据和味振荡实验（MiniBooNE和LSND）的结果都支持低质量无菌中微子的存在。宇宙学数据似乎微弱地支持宇宙中除了光子和三个标准中微子家族之外的其他形式的辐射。我们重新考虑宇宙学的证据，使额外的有效中微子种类的先验独立的置信区间尽可能。我们发现，一旦先验依赖被删除，最新的宇宙学数据显示没有证据偏离中微子物种的标准数。
2011-06-24 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological perturbations: non-cold relics without the Boltzmann hierarchy
我们提出了一个制定的宇宙学扰动理论的玻尔兹曼层次结构，演变的中微子相空间分布的积分，可以很容易地评估与快速傅立叶变换所取代。这些积分的同时评估相结合的系统的其余部分（暗物质，光子，重子）的微分方程，然后解决了一个迭代方案，收敛速度快。这个公式对于大质量中微子特别有效，因为大质量中微子的有效相空间是三维的而不是二维的，对于三种不同的中微子质量本征态更是如此。因此，它有可能大大加快宇宙微扰计算的计算时间。这种方法也适用于其他非冷碰撞遗迹的模型。
2022-01-26 astro-ph.CO
Exploring Ultralight Scalar Assistance in Sterile Neutrino Dark Matter: Cold Spectrum and Unusual X/Gamma-ray Signatures
本文提出超轻标量辅助的惰性中微子暗物质产生模型，通过低温抑制产生更冷功率谱，并预言三次方密度依赖的 X/γ 射线及单能中微子信号。
2023-09-12 astro-ph.CO hep-ph
Inert-Sterile Neutrino: Cold or Warm Dark Matter Candidate
在通常的粒子模型中，只有质量在千电子伏范围内并且是温暖的暗物质，无菌中微子才能解释宇宙的暗物质。严格的宇宙学和天体物理学界限，特别是X射线观测所施加的界限，适用于它们。我们指出，在一个特定的变化的惰性双重模型中，不育中微子可以解释宇宙中的暗物质，可能是冷或热的暗物质候选人，即使质量远远大于keV的范围。这些惰性-惰性中微子在早期宇宙中以非热的方式产生，它们是稳定的，与标准模型粒子的耦合非常小，这使得它们在直接或间接的暗物质搜索中很难被探测到。原则上，它们可以在对撞机中通过发现模型中的其他粒子来揭示。
2009-12-22 astro-ph.CO hep-ph
The Cosmic Linear Anisotropy Solving System (CLASS) IV: Efficient implementation of non-cold relics
我们提出了一种新的灵活，快速和准确的方法来实现大质量中微子，温暖的暗物质和任何其他非冷暗物质遗物在玻尔兹曼代码。对于相空间分布函数的任何解析或数值形式，通过比较求积方法，可以自动找到与给定精度水平兼容的动量空间中的最佳采样。通过切换到哈勃半径内的近似粘性流体描述，扰动积分变得更快，这与文献中讨论的先前近似不同。当在最小宇宙模型中加入一个大质量中微子时，CLASS的速度只有1.5倍，而不是其他代码中的5倍（对于固定的精度要求）。我们说明了我们的方法的灵活性，通过考虑一些标准或非标准中微子的例子，以及温暖的暗物质模型。
2015-10-13 astro-ph.CO
Rapid Methods for Modeling Overdensities of Massive Neutrinos and Other Non-Cold Relics
提出一种基于 N-1-body 模拟的高效数值框架，可快速计算平坦 FRW 宇宙中球对称暗物质晕附近的中微子密度剖面，并支持灵活参数扫描与新物理整合。
2024-10-10 astro-ph.CO hep-ph
Redshift-Space Distortions in Massive Neutrinos Cosmologies
本文通过N体模拟研究大质量中微子宇宙学中Kaiser公式的速度场定义问题，发现晕速度应追踪冷物质速度场而非总物质速度场，为红移空间畸变建模提供了更准确的依据。
2025-03-09 astro-ph.CO
Efficient analytic approximation for small-scale non-cold relic perturbations
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；New York University（纽约大学）
本文提出小尺度非冷遗迹扰动的高精度解析近似方法，在CLASSIER中实现后可大幅提升大质量中微子扰动计算速度，精度达0.1%以内，还可扩展至非标准暗物质模型。
2025-11-19 astro-ph.CO
Cosmological Vlasov-Poisson Simulations of Structure Formation with Relic Neutrinos: Nonlinear Clustering and the Neutrino Mass
本文给出了用大质量中微子形成大尺度结构的宇宙学模拟结果。宇宙遗迹中微子的相空间分布如下，第一次，直接集成的六维Vlasov-Poisson方程。我们的新方法使我们能够准确地表示中微子的自由流动和聚集，以及它们与冷暗物质的引力相互作用。因此，我们得到的解决方案的无碰撞动力学独立于传统的N体方法。我们进行了一套混合N体/Vlasov模拟与不同的中微子质量，并系统地研究了动力学效应的大质量中微子的大尺度结构的形成。我们的模拟显示了中微子的特征性大规模聚集及其相对于暗物质的相干流运动。大质量星系团周围的有效局部中微子“温度”相对于宇宙平均值变化了几个百分点;星系团中的中微子可以更热或更冷，这取决于中微子的质量。我们研究了一些统计的大尺度结构和暗物质晕与N体模拟和/或微扰理论得到的比较。我们的模拟标志着数值宇宙学的一个重要里程碑，并为研究大质量中微子的宇宙结构形成铺平了新的道路。
2020-10-02 astro-ph.CO
Initial Conditions for Accurate N-Body Simulations of Massive Neutrino Cosmologies
在宇宙学N体模拟中，初始条件的设置通常是通过将所需的低红移线性功率谱重新标度到与模拟的牛顿演化一致的所需起始红移来实现的。在大质量中微子宇宙学的背景下，这个实际解决方案的实施需要更多的关注，主要是因为这些模型的特征线性增长的非平凡的尺度依赖性。在这项工作中，我们考虑了一个简单的双流体，牛顿近似的冷暗物质和大质量中微子的扰动，可以重现冷物质的线性演化玻尔兹曼代码，如CAMB或类预测的精度为0.1%或以下的所有红移相关的非线性结构的形成。我们使用这种描述，摆在首位，量化的系统误差引起的几个近似经常假设在数值模拟中，包括典型的大规模中微子宇宙学的初始条件的设置在以前的作品。然后，我们利用这种方法的灵活性，重新调整后期的线性功率谱的模拟初始红移，以尽可能一致的N体代码的动力学和它假设的近似。我们实现我们的方法在一个公共代码提供的初始位移和速度冷暗物质和中微子粒子，将允许准确的，即百分之一的水平，数值模拟这种宇宙学的情况。
2016-12-21 astro-ph.CO
Neutrino Lump Fluid in Growing Neutrino Quintessence
增长的中微子精髓通过假设中微子与暗能量标量场耦合来解决暗能量的“为什么是现在”问题。耦合介导了中微子之间的吸引力，导致形成大的中微子块。这项工作提出了一个有效的，简化的描述随后的宇宙动力学。我们把中微子团当作有效粒子，研究它们的性质和相互作用。中微子块流体的行为就像是与暗能量耦合的冷暗物质。这里开发的方法可能会发现更广泛的应用于复合物体的流体。
2012-11-28 astro-ph.CO
SU(2)$_R$ and its Axion in Cosmology: A common Origin for Inflation, Cold Sterile Neutrinos, and Baryogenesis
我们引入了一个嵌入在SM的左右对称扩展中的轴子膨胀模型，其中$W_R$耦合到轴子。这个模型融合了现代宇宙学的三个里程碑，即，暴胀、冷暗物质和重子不对称。因此，它可以自然地解释宇宙学参数之间观察到的巧合，即，$η_{B}\approx P_ζ$和$Ω_{DM} \simeq 5~Ω_{B}$。不对称性的来源是暴胀物理中的自发CP破坏，最轻的右手中微子是质量为$m_{N_1}\sim 1~GeV$的冷暗物质候选者。引入的机制不依赖于中微子部门的无约束CP违反阶段的大，也没有微调的质量最重的右手中微子。它有两个未知的基本标度，即膨胀标度$Λ_{\rm inf}=\sqrt{HM_{Pl}}$和左右对称破缺标度$Λ_{F}$。充分的物质不对称性需要$Λ_{\rm inf}\approxΛ_{F}$。今天的重子不对称性和暗物质是暴胀中纯粹的量子效应（手征反常）的残余，由于味道效应，宇宙进化记住了它。
2021-06-11 astro-ph.CO gr-qc 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
Hidden Treasures: sterile neutrinos as dark matter with miraculous abundance, structure formation for different production mechanisms, and a solution to the sigma-8 problem
我们讨论了产生不育中微子的许多机制，这些中微子可以解释所有或一部分暗物质，并且可以从温暖到有效冷的暗物质，这取决于宇宙学的情况。我们研究了希格斯玻色子衰变产生、高温下$(B-L)$规范玻色子产生以及共振和非共振中微子振荡产生。我们在这些模型中计算结构形成的影响，有些是第一次。如果两个不育中微子群，一个是热的，一个是冷的，是由不同的机制产生的，或者如果不育中微子只占暗物质的一小部分，而其余的是其他一些冷的暗物质粒子，那么所产生的多组分暗物质可能会减轻星系形成中的一些问题。我们检查的X射线约束和候选信号在3.5千电子伏。最后，我们还表明，$σ_8$问题可以是一个签名的分数暗物质的形式在几种机制中的不育中微子。
2019-10-23 astro-ph.CO hep-ph
Cosmology with massive neutrinos II: on the universality of the halo mass function and bias
我们使用了一个大套件的N体模拟研究偏离普遍性的晕丰度和集群的宇宙学与非零中微子质量。为此，我们研究了晕质量函数和晕偏置因子如何依赖于标度变量$σ^2(M,z)$，初始物质涨落场的方差，而不是晕质量$M$和红移$z$本身。我们表明，使用冷暗物质的方差，而不是总质量场，即，$σ^2_{cdm}(M,z)$而不是$σ^2_{m}(M,z)$，产生更通用的结果。对晕偏差的分析得出了类似的结论：当大尺度晕偏差相对于冷暗物质功率谱被定义时，结果既更具有普遍性，又不那么依赖于尺度或$k$。这些结果在本系列的论文I和III中得到了广泛的应用。
2013-11-05 astro-ph.CO
Swampland criteria and neutrino generation in a non-cold dark matter universe
本文探讨了弦Swampland判据在偏离冷暗物质模型且暗能量主导的宇宙中的影响，通过高斯过程和$H(z)$数据分析了两个模型，发现与Swampland判据的张力依然存在，并利用最新$H_{0}$值和限制中微子代数探索了$H_{0}$张力问题的可能解决方案。
2023-08-02 astro-ph.CO gr-qc
Colder Freeze-in Axinos Decaying into Photons
我们指出，在超对称Dine-Fischler-Srednicki-Zhitnitsky模型中，7 keV的轴子暗物质（DM）可以同时再现3.5keV的X射线过剩，并且可以避开Ly-alpha森林数据的严格限制. Peccei-Quinn对称性破缺自然地产生具有最小SUSY标准模型粒子的轴子相互作用和RPV相互作用。RPV相互作用引入了轴子-中微子混合，并提供了轴子DM作为无菌中微子DM的变体，其衰变为单色光子可以通过X射线观测检测到。另一方面，Axinos是由热粒子的冻结过程以及无菌中微子的Dodelson-Widrow机制产生的。由此产生的相空间分布往往比费米-狄拉克分布更冷。晚期萨克逊衰变所产生的固有熵使axino更冷。线性物质功率谱甚至满足来自Ly-alpha森林数据的最新和最强的约束。
2017-07-07 astro-ph.CO hep-ph
Eliminating the Remaining Window for Primordial Black Holes as Dark Matter from the Dynamics of the Cold Kuiper Belt
暗物质（DM）的性质是未知的。一个令人信服的可能性是DM是由原始黑洞（PBH）组成的，因为某些类型的基本粒子作为DM受到严格限制。只有一个剩余的质量窗口可用于PBH以构成整个DM密度，$10^{17} - 10^{23} \mathrm{\; g}$。在这里，我们表明，在寒冷的柯伊伯带的内核人口排除了这个窗口，主张赞成DM的粒子性质。
2021-03-14 astro-ph.CO
Too hot to handle? Analytic solutions for massive neutrino or warm dark matter cosmologies
我们获得了新的封闭形式的宇宙模型的弗里德曼方程的状态方程的组件，其状态方程是辐射$(w=1/3)$在早期和冷无压物质$(w=0)$在晚期。状态方程平滑地从早期过渡到晚期行为，并精确地描述了具有狄拉克δ函数分布的物质的演化，其动量大小为$|\vec{p}_0|$（即所有粒子具有相同的$|\vec{p}_0|$）。这样一种成分，在这里被称为“热物质”，是中微子和暖暗物质的近似模型。我们认为它单独和结合冷物质和辐射，也获得封闭形式的解决方案，在每种情况下的超视界扰动的增长。理想化的模型恢复$t(a)$优于$1.5\%$的准确度为所有$a$相对于费米-狄拉克分布（如描述中微子）。最后，我们将分布的二阶矩添加到我们的精确解中，然后推广到包含封闭形式解中任意动量分布的所有矩。
2017-10-04 astro-ph.CO
Common Origin of Active and Sterile Neutrino Masses with Dark Matter
我们提出了一个阿贝尔标准模型的扩展，它可以解释eV尺度质量的起源和混合的活动和不育中微子，并在同一时间提供了一个自然的冷暗物质的候选人。三个活跃中微子中的一个通过跷跷板机制获得树级质量，而另外两个活跃中微子和一个惰性中微子在单圈水平获得eV级质量。该模型还允许在单圈水平上活跃和无菌中微子之间的非平凡混合，这可能在中微子实验中具有有趣的特征。在阿贝尔规范对称性自发地被打破为$Z_2$对称性之后，最轻的$Z_2$奇粒子可以自然地产生宇宙中的冷暗物质。结合最新的实验约束，简要讨论了费米子和标量暗物质的现象学。
2014-11-17 astro-ph.CO hep-ph
The cosmic neutrino background as a collection of fluids in large-scale structure simulations
将大质量中微子建模为热暗物质的一个重大挑战是它的大速度色散。在这项工作中，我们调查和实施的多流体微扰理论，将宇宙中微子人口作为一个集合的流体具有广泛的体积速度。这些流体线性地响应冷物质的聚集，其可以是线性的并且由标准线性微扰理论描述，或者是非线性的，使用高阶微扰理论或N体模拟描述。我们验证，这样一个替代治疗中微子扰动同意密切与国家的最先进的中微子线性响应计算的功率谱和双谱预测。结合多流体中微子的线性响应与非线性计算的冷物质集群，我们发现一个参考nuLambdaCDM宇宙学与中微子质量总和为0.93 eV的增强的小尺度中微子功率的一个数量级相对于一个纯粹的线性计算。然而，在冷物质中相应的聚集增强是适度的~ 0.05%。重要的是，我们的多流体方法独特地使我们能够识别出移动最慢的25%的中微子群体集群足够强大，足以保证非线性处理。这样一个精确的计算伴随着细粒度的速度信息的小尺度上的中微子集群将是非常宝贵的实验，如PNOMMY探测太阳附近的局部中微子密度和速度。
2021-03-25 astro-ph.CO hep-ph
$νΛ$MDM: A Model for Sterile Neutrino and Dark Matter Reconciles Cosmological and Neutrino Oscillation Data after BICEP2
本文提出了一个冷暗物质（CDM）和无菌中微子的紫外完备理论，该理论可以同时容纳宇宙学数据和中微子振荡实验的$1σ$水平.引入了一种新的$U(1)_X$暗规范对称性，并假设其在$\sim \mathcal{O}$（MeV）尺度下破缺.这样一个光介质的DM的自散射和散射的无菌中微子可以解决三个争议冷DM在小宇宙尺度上，尖与核心，太大而不能失败和丢失的卫星问题。我们还可以容纳$\sim$ eV尺度的不育中微子作为热暗物质（HDM），并可以拟合中微子振荡实验中的一些中微子异常在$1σ$。最后，适量的HDM可以对暗辐射做出相当大的贡献，也有助于调和普朗克和BICEP 2合作报告的张量与标量比数据之间的矛盾。
2014-08-26 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Search for sterile neutrinos in a universe of vacuum energy interacting with cold dark matter
利用最新的观测资料，研究了真空能量与冷暗物质相互作用的宇宙中，不育中微子的宇宙学约束。我们专注于两个特定的相互作用模型，$Q=βHρ_{\rm v}$和$Q=βHρ_{\rm c}$。为了克服相互作用暗能量中的大尺度不稳定性问题，我们采用相互作用暗能量的参数化后弗里德曼（PPF）方法进行微扰演化的计算.在这项工作中使用的观测数据集包括普朗克2015年的温度和偏振数据，重子声振荡测量，Ia型超新星数据，哈勃常数直接测量，星系弱透镜数据，红移空间畸变数据和普朗克透镜数据。利用全数据组合，我们得到了$Q=βHρ_{\rm v}$模型的$N_{\rm eff}<3.522$和$m_{ν,{\rm sterile}}^{\rm eff}<0.576$ eV，以及$Q=βHρ_{\rm c}$模型的$N_{\rm eff}=3.204^{+0.049}_{-0.135}$和$m_{ν,{\rm sterile}}^{\rm eff}=0.410^{+0.150}_{-0.330}$ eV.后者表明在1.17 $σ$能级上存在$ΔN_{\rm eff}>0$，在1.24 $σ$能级上存在非零质量的无菌中微子。此外，对于$Q=βHρ_{\rm v}$模型，我们发现$β=0$与当前数据一致，而对于$Q=βHρ_{\rm c}$模型，我们发现$β>0$是在多于1个$σ$水平上得到的。
2018-11-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Exploring neutrino mass and mass hierarchy in the scenario of vacuum energy interacting with cold dark matter
本文研究了真空能量与冷暗物质相互作用中中微子总质量的限制。我们关注两种典型的交互形式，即，$Q=βHρ_{\rm c}$和$Q=βHρ_Λ$。为了避免相互作用暗能量宇宙学中大尺度不稳定性的出现，我们采用参数化后Friedmann方法计算暗能量的微扰演化。我们采用的观测数据，包括普朗克宇宙微波背景温度和偏振数据，重子声振荡数据，JLA样本的Ia型超新星观测，哈勃常数的直接测量，和红移空间畸变数据。我们发现，与$Λ$ CDM模型相比，$Q=βHρ_{\rm c}$模型对$\sum m_ν$的约束要宽松得多，而$Q=βHρ_Λ$模型对$\sum m_ν$的约束则稍紧.考虑中微子可能的质量等级，发现$\sum m_ν$的最小上限出现在简并等级的情况下。通过比较$χ^2_{\rm min}$的值，我们发现，正常的层次结构的情况下，是优于倒置的。特别地，我们发现在$Q=βHρ_{\rm c}$模型中的差异$Δχ^2_{\rm min} \equiv χ^2_{\rm IH; min}-χ^2_{\rm NH; min}> 2$。此外，我们发现$β=0$与$Q=βHρ_{\rm c}$模型中的当前观察结果一致，并且在$Q=βHρ_Λ$模型中，$β< 0$比$1σ$更受青睐。
2018-08-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Relaxing cosmological constraints on current neutrino masses
本研究提出由标量场暗能量驱动的质量可变中微子模型，引入两个参数扩展标准Λ冷暗物质模型，经多宇宙学观测检验，可放宽当前中微子质量上限至∑m_ν<0.72 eV。
2024-04-15 astro-ph.CO hep-ph
Influence of ~7 keV sterile neutrino dark matter on the process of reionization
最近的报道在几个以物质为主的天体的光谱中发现了一条~3.5 keV的微弱的未识别发射线，这可能为解决长期存在的暗物质问题提供了线索。能够产生这种额外谱线的最佳物理激发粒子候选者之一是质量约为7 keV的无菌中微子。以前的工作表明，与传统的冷暗物质方案相比，参数与新谱线测量一致的无菌中微子暗物质对结构形成的影响较小。在这项工作中，我们第一次集中在贡献的无菌中微子暗物质能够产生所观察到的线在~3.5 keV，再电离的过程。通过将~7 keV无菌中微子的暗物质功率谱纳入扩展的再电离半解析“气泡”模型，我们得到这样的无菌中微子暗物质将产生比广泛使用的冷暗物质模型明显更尖锐的再电离，在任何合理选择的模型参数下，在冷暗物质情景中都不可能“模仿”，并且将具有降低再电离的红移和电子散射光学深度的明显趋势（尽管差异仍然低于现有模型的不确定性）。因此，进一步专门研究再电离（如21厘米测量或动力学Sunyaev-Zeldovich效应的研究）将是必不可少的粒子候选人负责~3.5 keV线重建。
2016-06-04 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Cosmology with massive neutrinos I: towards a realistic modeling of the relation between matter, haloes and galaxies
通过使用一套大盒子大小的N体模拟，将大量的中微子作为一组额外的粒子，我们调查的影响中微子质量的空间分布的暗物质晕和星系。我们使用统计工具，如功率谱和两点关联函数计算暗物质晕的空间分布和整体物质和冷暗物质分布之间的偏差。总的来说，我们发现了一个规模依赖的大尺度上的宇宙学与大质量中微子的偏见。然而，我们的研究结果表明，规模依赖的偏见减少，如果后者是相对于冷暗物质分布计算。我们发现，一旦使用线性冷暗物质功率谱，而不是总物质功率谱，廷克拟合公式可以合理地再现大尺度上的偏差值。我们调查是否真的是来自纯粹的中微子效应或从非线性引力坍缩晕的尺度依赖的偏见。为此，我们讨论了$Ω_ν$ - $σ_8$简并，发现这种简并不是完美的，这意味着中微子的印记轻微的规模依赖于大规模的偏见。最后，利用一个简单的晕占据分布（HOD）模型，我们研究了大质量中微子对星系在暗物质晕中分布的影响。我们使用斯隆数字巡天II数据发布7中的主要星系样本来研究是否可以单独使用小尺度星系聚类来区分具有不同中微子质量的不同宇宙学模型。我们的研究结果表明，不同的选择的HOD参数可以重现观测测量相对较好，我们量化的HOD参数的值之间的差异无质量和大质量中微子宇宙学。
2013-11-04 astro-ph.CO hep-ph
A Minimal Model for Massive Neutrinos in Newtonian N-body Simulations
我们提出了一种新的方法，包括冷暗物质N体模拟的大质量中微子的影响。我们的方法是兼容广泛采用的牛顿N体代码，并依赖于只有三个简单的修改。首先，我们使用常用的backscaling初始条件，冷暗物质加上重子功率谱的基础上，而不是总物质功率谱。第二，精确的哈勃速率被用于N体程序中粒子的反尺度和演化。最后，我们在后处理步骤中移动最终粒子的位置，以考虑模拟中中微子对粒子的综合影响。然而，我们表明，前两个修改已经捕获了大范围的观测有趣的红移和尺度的大部分相关的中微子物理。模拟的输出是冷暗物质和重子分布，可以使用标准方法进行分析。所有修改都易于实现，并且不会产生任何计算开销。通过在N体代码GADGET和gevolution中实现我们的方法，我们表明任何最先进的牛顿N体代码都可以开箱即用。我们的方法也是兼容的高阶拉格朗日微扰理论的初始条件和准确的组合中微子质量至少为0.3 eV。在相对论规范理论中，除了包括大质量中微子的影响外，我们的方法还包括免费的大尺度相对论修正。
2022-01-31 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Weighing neutrinos in the scenario of vacuum energy interacting with cold dark matter: application of the parameterized post-Friedmann approach
利用当前的宇宙学观测，我们在真空能量与冷暗物质相互作用的情况下，对中微子质量进行了约束。为了避免相互作用暗能量模型中的大尺度不稳定性问题，我们采用参数化后Friedmann（PPF）方法计算了$Q=βHρ_{\rm c}$和$Q=βHρ_Λ$模型的微扰演化.目前用于这项工作的观测数据集包括普朗克（宇宙微波背景），BSH（重子声振荡，Ia型超新星和哈勃常数）和LSS（红移空间扭曲和弱透镜）。根据约束结果，我们发现$Q=βHρ_{\rm c}$模型的$β>0$大于$1σ$能级，这表明冷暗物质衰变为真空能量;而$Q=βHρ_Λ$模型的$β=0$与$1σ$能级的当前数据一致.以$Λ$ CDM模型为基准模型，我们发现最新的BAO BOSS DR 12数据和哈勃常数测量值$H_{0} = 73.00 \pm 1.75$ km~s $^{-1}$ ~Mpc $^{-1}$导致了一个较小的上限$\sum m_ν<0.11$ eV（$2σ$）.对于$Q=βHρ_{\rm c}$模型，我们从Planck+BSH得到了$\sum m_ν<0.20$ eV（$2σ$）.对于$Q=βHρ_Λ$模型，$\sum m_ν<0.10$ eV（$2σ$）和$\sum m_ν<0.14$ eV（$2σ$）分别从Planck+BSH和Planck+BSH+LSS导出。我们发现，这些较小的上限$\sum m_ν$或多或少…
2017-04-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Dark energy versus modified gravity: Impacts on measuring neutrino mass
本文比较了光滑动力学暗能量、修正引力和相互作用暗能量对活动中微子总质量的宇宙学约束的影响。为明确起见，我们考虑了$Λ$ CDM模型，$w$ CDM模型，$f(R)$模型，以及两个典型的相互作用真空能量模型，具有$Q=βHρ_{\rm c}$的I $Λ$ CDM 1模型和具有$Q=βHρ_Λ$的I $Λ$ CDM 2模型。在宇宙学拟合中，我们使用普朗克2015年的温度和偏振数据，结合其他低红移观测，包括重子声学振荡，Ia型超新星，哈勃常数测量，和大尺度结构观测，如弱透镜效应以及红移空间畸变。此外，普朗克透镜测量也被用于这项工作。我们发现，$w$ CDM模型比$Λ$ CDM模型更倾向于给出一个更高的中微子质量上限，而$f(R)$模型的中微子质量上限与$Λ$ CDM模型的中微子质量上限相似.对于相互作用真空能量模型，I $Λ$ CDM 1模型倾向于中微子质量的更高上限，而I $Λ$ CDM 2模型倾向于与$Λ$ CDM情况相同的中微子质量。
2019-11-06 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Light Sterile Neutrinos: Status and Perspectives
本文综述了短基线中微子振荡实验中发现的eV量级轻不育中微子存在的证据。讨论了短基线中微子振荡实验的未来前景以及与中微子质量的β衰变测量和与无中微子双β衰变实验的联系。
2016-01-05 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Diffuse neutrino supernova background as a cosmological test
未来对弥散中微子超新星背景的探测和测量将揭示宇宙中超新星事件的速率，恒星形成速率和每个超新星的中微子光谱。关于这些测量将告诉我们宇宙的膨胀历史，人们说得很少。本文的目的是表明，弥漫超新星中微子背景的检测将是一个补充工具的研究和可能的宇宙学模型的歧视。特别是，我们研究了三种不同的宇宙学模型：$Λ$冷暗物质模型，Logotropic宇宙和一个散装粘性物质占主导地位的宇宙。通过拟合每个模型的自由参数与超新星Ia探测器，我们发现，$Λ$ -冷暗物质模型和Logotropic模型的最佳拟合参数计算的预测事件数是相同的，而大体积粘性物质占主导地位的宇宙学模型预测$\sim 3$倍的事件。我们表明，目前的限制设置的超级神冈上的弥漫超新星中微子背景通量给互补约束的自由参数的大体积粘性物质为主的宇宙。此外，这个极限意味着，在$Λ$冷暗物质模型中，宇宙应该以$H_0 > 21.5 ~\rm{Km/sec/Mpc}$膨胀，而与暗物质$Ω_m$的含量无关。
2017-06-12 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Impostor Among $ν$s: Dark Radiation Masquerading as Self-Interacting Neutrinos
Saha Institute of Nuclear Physics（萨哈核物理研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立学院）；Washington University（华盛顿大学）；Johannes Gutenberg-Universität Mainz（美因茨约翰内斯古腾堡大学）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
该研究提出一种模型，通过BBN后、CMB前的共振转换，使中微子自相互作用与暗辐射混淆，从而缓解宇宙观测与实验室实验之间的矛盾。
2026-04-02 astro-ph.CO hep-ph
The halo model in a massive neutrino cosmology
我们提供了大量的中微子宇宙学的背景下的晕模型的定量分析。我们讨论了所有必要的成分建模的非线性物质和冷暗物质的功率谱，并与N体模拟的结果，将大量的中微子进行比较。我们的中微子晕模型能够以$\sim 20\%$的精度捕捉到物质团簇的非线性行为，直到$k=10~h/$ Mpc的非常非线性尺度（这将受到重子物理的影响）。最大的差异出现在$k=0.5-1~h/$ Mpc的范围内，其中1-halo和2-halo项是可比的，并且也存在于无质量中微子宇宙学中。然而，在$k<0.2~h/$ Mpc尺度下，当中微子总质量为$<0.3$ eV时，我们的中微子晕模型在8%水平上与N体模拟结果一致.我们还将中微子非线性密度场模型化为线性和成簇分量之和，并预测了中微子功率谱和冷暗物质-中微子互功率谱，最高可达$k=1~h/$ Mpc，精度为$\sim$ 30%.对于质量低于0.15 eV的中微子晕模型捕获的中微子诱导的抑制，铸造的质量和无质量的情况下，与N体/中微子模拟的结果之间的物质功率比的2%的协议。最后，我们提供了一个简单的应用程序的晕模型：计算星系的集群，在无质量和大质量中微子宇宙学，使用一个简单的晕占领分布方案和我们的晕模型扩展。
2015-01-20 astro-ph.CO hep-ph
Bias due to neutrinos must not uncorrect'd go
在有大质量中微子的宇宙学中，相对于总物质场（冷暗物质、重子和非相对论性中微子）定义的星系偏置依赖于中微子质量之和$M_ν$，甚至在大尺度上也变得依赖于尺度。考虑到当前勘测的敏感性，这种效应通常被忽略，但是对于旨在提供非零$M_ν$的第一检测的未来勘测，这种效应成为严重的系统性。这种效应可以通过定义相对于冷暗物质和重子的密度场而不是总物质场的偏差来校正。在这项工作中，我们提供了一个简单的处方，正确减轻中微子引起的标度依赖的偏置效应，在一个实用的方式。我们澄清了一些微妙之处，关于如何正确地实现这种修正的红移空间扭曲和非线性演化的扰动的存在。我们进行MCMC分析模拟星系聚类数据匹配的预期灵敏度的\textit{Euclid}调查。我们发现，中微子引起的标度依赖的偏见可以导致重要的转变，在推断的平均值的$M_ν$，以及它的不确定性。我们展示了这些位移如何传播到与$M_ν$相关的其他宇宙学参数，如冷暗物质物理密度$Ω_{cdm} h^2$和标量光谱指数$n_s$。总之，我们发现，正确地占中微子引起的标度依赖的偏见将是至关重要的未来星系聚类分析。我们鼓励宇宙学社区使用我们在工作中提出的简单处方正确地解释这种效应。在玻尔兹曼解算器\texttt{CLASS}即将发布的版本中，将公开提供易于校正中微子引起的标度相关偏差所需的工具。
2018-08-24 astro-ph.CO hep-ph
Thermal relics as hot, warm and cold dark matter in power-law $f(R)$ gravity
研究了热遗迹作为热、暖、冷暗物质在$\mathscr{L}=\varepsilon^{2-2β}R^β+{16π}m_{\text{Pl}}^{-2}\mathscr{L}_m$引力场中的演化，其中$\varepsilon$是平衡场方程维数的常数，$1<β<(4+\sqrt{6})/5$表示能量密度和温度的正性.如果轻中微子作为热/暖遗迹，那么冻结时统计自由度的熵数$g_{*s}$和预测的分数能量密度$Ω_ψh^2$都依赖于$β-$，这使标准质量束缚$Σm_ν$松弛。对于冷遗迹，通过精确求解相对论和非相对论两种情况下的简化Boltzmann方程，我们证明了重中微子质量的Lee-Weinberg束缚可以得到相当大的放松，弱相互作用大质量粒子（WIMP）的“WIMP奇迹”随着$β$偏离$β=1^+$而逐渐失效.整个框架在极限$β\to 1^+$下简化为GR的框架。
2015-12-30 astro-ph.CO gr-qc 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
Constraints on neutrino mass in the scenario of vacuum energy interacting with cold dark matter after Planck 2018
本文利用最新的宇宙学观测资料，研究了真空能量与冷暗物质（简称I $Λ$ CDM）相互作用对中微子总质量的限制.我们考虑了四种典型的交互形式，即，在I $Λ$ CDM场景中，$Q=βH ρ_{\rm de}$、$Q=βH ρ_{\rm c}$、$Q=βH_{0} ρ_{\rm de}$和$Q=βH_{0} ρ_{\rm c}$。为了避免相互作用暗能量模型中的大尺度不稳定性问题，我们采用扩展的相互作用暗能量参数化后Friedmann方法计算了这些模型中暗能量的微扰演化.这项工作中使用的观测数据包括普朗克2018年数据发布的宇宙微波背景（CMB）测量，重子声振荡（BAO）数据，Ia型超新星（SN）观测（Pantheon汇编），以及哈勃太空望远镜2019年哈勃常数$H_{0}$的本地距离阶梯测量。我们发现，与$Λ$ CDM+ $\sum m_ν$模型相比，四个I $Λ$ CDM+ $\sum m_ν$模型中对$\sum m_ν$的约束更宽松.当考虑中微子的三个质量等级时，对$\sum m_ν$的约束在简并等级情况下是最紧的，而在反等级情况下是宽松的。此外，在4个I $Λ$ CDM+ $\sum m_ν$模型中，CMB+BAO+SN+ $H_{0}$数据组合的耦合参数$β$值大于CMB+BAO+SN数据组合的耦合参数$β$值，且在1个以上的$σ$水平上，CMB+BAO+SN+ $H_{0}$…
2020-05-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Neutrino generated dynamical dark energy with no dark energy field
动力学暗能量（DE）现象是伴随着非相对论性费米子物质宇宙膨胀而出现的一种几何效应。这在不需要任何流体的情况下发生，例如动力学标量场（quintessence、cosmon等），与其它已知的几何DE模型相比，具有传统形式的爱因斯坦方程。这一现象是由双测度场论框架中的第一性原理引起的，在爱因斯坦框架中，费米子质量和宇宙学常数（CC）都变成了冷费米子密度n的函数。这种n依赖性在常规（实验室）条件下可以忽略不计，但它可能在宇宙学中起着重要作用。在4D引力模型中，原始作用只涉及CC和大质量费米子而没有自相互作用，对于参数空间中的不同（但很宽）区域，我们发现了两种可能的宇宙晚期从冷物质统治时代开始的场景。我们认为，驱动变量CC的费米子应该与冷中微子配置在空洞和超空洞。第一类的宇宙学动力学实际上与LambdaCDM模型一致，而第二类的动力学是一个伪撕裂方案的幻影状制度。穿越幻影分界线的发生是由于一种新型的中微子DE效应，即中微子通过具有零质量和类真空EoS P_v =-ρ_v的状态。
2012-12-05 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Sterile neutrino dark matter from right-handed neutrino oscillations
我们研究了一种情况下，无菌中微子（无论是热或冷）暗物质（DM）的产生通过（非共振）振荡之间的右手中微子（RHN），可以构成整个DM在宇宙中，与传统的无菌中微子生产通过混合的左手中微子。最轻的RHN可能是与左手中微子的混合足够小的无菌中微子DM，而较重的RHN可能与左手中微子有不可忽略的混合，以通过跷跷板机制解释中微子质量。我们还表明，在我们的情况下，生产无菌RHN DM从一个较重的RHN的衰变是subdominant的RHN振荡生产相比，由于X射线和小尺度结构的限制。
2018-06-21 astro-ph.CO hep-ph
Reducing cosmological small scale structure via a large dark matter-neutrino interaction: constraints and consequences
冷暗物质解释了宇宙学尺度上的大量数据。然而，在比星系团小的尺度上，模拟和观测之间的差异已经有了稳定的证据积累。这些小尺度结构问题的解决方案可能表明，模拟需要改进它们如何包括重子物质的反馈，或者可能意味着暗物质的性质不同于标准的冷，非相互作用的情况。影响小尺度结构形成的一个有希望的方法是暗物质与中微子的相对较强的耦合。我们建立了一个实验上可行的，简单的，可重整化的，中微子和暗物质之间的新的相互作用模型。我们表明，解决小尺度结构问题需要暗物质的质量是几十兆电子伏，和目前的密度由初始粒子反粒子不对称的黑暗部门。产生足够大的暗物质-中微子耦合需要一个质量在100 MeV左右的新的重中微子。重中微子大部分是无质量的，但含有大量的$τ$中微子成分，而三个几乎没有质量的中微子部分是无质量的。我们提供了第一次讨论如何这样的暗物质中微子相互作用影响中微子（特别是$τ$中微子）的现象。这个模型可以用未来的天体物理、粒子物理和中微子振荡数据来检验。中微子能谱的一个特征和未来附近超新星的味道含量将为中微子-暗物质相互作用提供强有力的证据。有希望的签名包括由于非标准相互作用和质量约为100 MeV的$τ$中微子的组成部分中微子振荡中的异常物质效应。
2014-12-09 astro-ph.CO hep-ex 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
Addendum to: Global constraints on absolute neutrino masses and their ordering
我们回顾了我们以前的工作[Phys. Rev. D 95，096014（2017）]，其中中微子振荡和非振荡数据在三个中微子家族的标准框架中进行了分析，以限制它们的绝对质量并探测它们的排序（正常，NO或反转，IO）。我们包括更新的振荡结果来讨论最佳拟合和允许的范围为两个平方质量差$δm^2$和$Δm^2$，三个混合角$θ_{12}$，$θ_{23}$和$θ_{13}$，以及对CP违反相$δ$的约束，加上显着的迹象，有利于NO与IO的水平$Δχ^2=10.0$。然后，我们考虑非振荡数据从β衰变，从中微子的双β衰变（如果中微子是马约拉纳），并从各种宇宙学输入变量（在数据或模型）导致的结果被称为默认的，积极的，和保守的。在默认选项中，我们从非振荡数据中获得了一个额外的贡献$Δχ^2 = 2.2$，有利于NO，以及在$2σ$处中微子质量总和的上限$Σ< 0.15$ eV;这两个结果-由宇宙学主导-可以通过使用更积极或保守的选项分别加强或削弱。考虑到这种变化，我们发现，所有（振荡和非振荡）中微子数据的组合有利于NO在$3.2-3.7σ$的水平，和$Σ$被限制在$2σ$水平内$Σ< 0.12-0.69$ eV。在KATRIN实验的灵敏度前沿，这个允许范围的上边缘对应于有效的$β$衰变中微子质量$m_β= Σ/3 = 0.23$ eV。
2020-06-06 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
