Using Big Bang Nucleosynthesis to Extend CMB Probes of Neutrino Physics
我们目前的计算表明，即将到来的宇宙微波背景（CMB）实验将有能力改善目前的中微子质量的限制，并提供新的限制中微子简并参数。后者可能超过大爆炸核合成（BBN）和观测推断的原始氦丰度。这些结论来自我们的蒙特卡罗马尔可夫链（MCMC）模拟，其中包括一个完整的BBN核反应网络。这提供了氦丰度，重子数，三个单独的中微子简并参数和其他宇宙学参数的自洽处理。分析了引力透镜效应对CMB对中微子静止质量和简并度参数的影响。我们发现，对于普朗克实验，总的（总和）中微子质量$M_ν > 0.29$ eV可以排除在$2σ$或更好。同样，中微子简并参数$ξ_{ν_{e}} > 0.11$和$| ξ_{ν_{μ/τ}} | > 0.49$也可以在$2σ$置信度下检测或排除。对于POLARBEAR，我们发现相应的可检测值为$M_ν> 0.75 {\rm eV}$、$ξ_{ν_{e}} > 0.62$和$| ξ_{ν_{μ/τ}}| > 1.1$，而对于EPIC，我们得到$M_ν> 0.20 {\rm eV}$、$ξ_{ν_{e}} > 0.045$和$|ξ_{ν_{μ/τ}}| > 0.29$。我们对EPIC的预测表明，CMB观测有可能对中微子简并参数设置约束，这些约束优于BBN导出的限制，并且比当前WMAP导出的限制好一个数量级。
2010-05-10 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
What the small angle CMB really tells us about the curvature of the Universe
众所周知，对宇宙微波背景（CMB）的观测对宇宙的空间曲率k非常敏感。在这里我们发现，实际上受到小角度波动严格限制的是最后散射表面附近的空间曲率，如果我们允许k是位置的函数，而不是处处取一个常数，那么在我们自己的区域内，相当大的空间曲率是允许的。这个结果对于试图解释没有暗能量的超新星观测的巨空模型是有意义的。我们发现，具有均匀大爆炸的空洞模型可以与观测到的小角度CMB相容，但前提是它们存在于正弯曲的宇宙中。然而，为了与H_0的局部测量兼容，我们发现需要径向变化的爆炸时间。
2011-07-22 astro-ph.CO gr-qc
Concentric circles in WMAP data may provide evidence of violent pre-Big-Bang activity
共形循环宇宙学（CCC）假定在我们的大爆炸“B”之前存在一个永世，其共形无穷大“I”与“B”共形地相同，现在被视为类空3面。在宇宙微波背景辐射的天空中，黑洞与束缚星系团的相遇会产生一种可观测到的效应，即温度变化极低的同心圆族，每个同心圆族的中心代表星系团会聚的“I”点。这些中心在我们的CMB天空中表现为相当随机分布的固定点。威尔金森微波背景探测器（WMAP）的宇宙微波背景7年图的分析确实揭示了这样的同心圆，高达6σ的意义。当将相同的分析应用于BOOMERanG98数据时，这一点得到了证实，消除了影响的仪器原因的可能性。CCC的这些观测预言在标准的暴胀宇宙学中是不容易解释的。
2010-11-16 astro-ph.CO gr-qc
Limits on Brane-World and Particle Dark Radiation from Big Bang Nucleosynthesis and the CMB
暗辐射这个术语既用来描述没有相互作用的中微子，也用来修正最简单的五维RS-II膜世界宇宙学中的弗里德曼方程。本文根据轻元素核反应率、观测到的轻元素丰度和宇宙微波背景（CMB）功率谱的最新结果，考虑了暗辐射两种含义的限制。在大爆炸核合成（BBN）过程中加入暗辐射改变了弗里德曼膨胀率，导致核反应在不同的温度下冻结。这改变了BBN末端的最终轻元素丰度。它对CMB的影响是改变末次散射表面的有效膨胀率。我们发现，BBN约束减少了允许的范围为两种类型的暗辐射在10兆电子伏之间的$-12.1\%$和$+6.2\%$的{ \bf总}背景能量密度在10兆电子伏。将这个结果与CMB功率谱的拟合相结合，产生了粒子与膜世界暗辐射的不同结果。在膜世界中，范围从$-6.0\%$减小到$+6.2\%$。因此，我们发现，暗辐射的背景总相对论质量能量密度$ρ_{\rm DR}/ρ$的比例是一致的，虽然仍然有一个非常轻微的偏好为正（而不是负）的贡献。
2017-06-08 astro-ph.CO hep-ph
Dark Radiation from Particle Decays during Big Bang Nucleosynthesis
宇宙微波背景（CMB）的观测表明，额外的暗辐射成分的可能性，而目前的证据从大爆炸核合成（BBN）是更加模糊。来自衰变粒子的暗辐射可以不同地影响这两个过程。早期衰变会给CMB和BBN增加额外的辐射成分，而晚期衰变会改变CMB中的辐射含量，而对BBN的影响可以忽略不计。在这里，我们量化了这种差异，并通过检查BBN期间的粒子衰变来探索中间状态，即，粒子寿命τ_X满足0.1秒< τ_X < 1000秒。我们计算了由CMB测量的中微子物质的有效数N_{eff}的变化Δ N_{CMB}，以及由BBN测量的中微子物质的有效数的变化Δ N_{BBN}，作为衰变粒子初始能量密度和寿命的函数，其中Δ N_{BBN}是根据在原始氦中产生相同变化所需的额外双组分中微子的数量来定义的-4丰度作为我们的衰变粒子。正如预期的那样，对于短寿命（τ_X < 0.1 sec），粒子在BBN开始之前衰变，并且Δ N_{CMB} = Δ N_{BBN}，而对于长寿命（τ_X > 1000 sec），Δ N_{BBN}由非相对论粒子在衰变之前的能量密度决定，因此Δ N_{BBN}保持非零，并且变得与粒子寿命无关。通过改变粒子能量密度和寿命两者，可以获得Δ N_{BBN}和Δ N_{CMB}的任何期望的组合，服从Δ N_{CMB} >= Δ N_{BBN}的约束。我们提出了由观测约束对Δ N_{CMB}和Δ N_{BBN}导…
2012-01-26 astro-ph.CO hep-ph
Does the CMB prefer a leptonic Universe?
最近对最小角尺度下的宇宙微波背景（CMB）和更新的原始元素丰度的观测表明，相对于标准大爆炸核合成，具有三中微子味的宇宙微波背景的能量密度和氦4丰度都有所增加。这就需要重新分析中微子化学势的观测界限，它编码了宇宙中微子和反中微子之间的数量不对称性，从而测量了宇宙的轻子不对称性。我们比较最近的数据与大爆炸核合成代码，假设中微子味平衡通过中微子振荡大爆炸核合成开始之前。我们发现一个轻微的偏好负中微子化学势，这将意味着过量的反中微子，从而负轻子数的宇宙。轻子的不对称性可能超过重子的不对称性几个数量级。
2013-03-11 astro-ph.CO
Cosmological Parameter Estimation with a Joint-Likelihood Analysis of the Cosmic Microwave Background and Big Bang Nucleosynthesis
本文通过联合分析CMB和BBN数据，利用贝叶斯推断确定有效中微子种类数，并评估Lambda冷暗物质模型的可靠性。
2025-11-27 astro-ph.CO hep-ph
Big Bang Nucleosynthesis, the CMB, and the Origin of Matter and Space-Time
本文综述了大爆炸核合成（BBN）和宇宙微波背景（CMB）在限制宇宙物质创生第一时刻中的应用。我们回顾BBN的基本要素，以及它如何约束辐射主导时代的物理学。特别是，更高维度的存在如何通过“暗辐射”项中更高维度的曲率投影影响宇宙膨胀。我们总结了目前的限制，从BBN和CMB在这个膜世界的暗辐射项。与此同时，在早期暴胀期间额外维度的存在影响了张量与标量之比和CMB中测量的运行光谱指数。我们总结了如何限制通货膨胀转移时，嵌入在更高的维度。最后，人们期望宇宙诞生于普朗克时间附近的复杂多元宇宙景观。在这些时刻，超弦的能量标度可以在混沌暴胀的早期获得。我们总结了从弦论中寻找时空诞生的宇宙学证据的过程。我们将探讨超弦激发可能通过与暴胀场的耦合而使自己为人所知的可能性。这可能在宇宙微波背景的温度波动功率谱中留下了“凹陷”的印记。这个粒子被识别为超弦是可能的，因为可能有证据表明同一超弦的不同振子状态出现在天空的不同尺度上。从这个印记可以推导出超弦的质量、振荡次数和耦合常数。虽然证据是边缘的，这可能是自然界中超弦的第一次观察。
2017-11-17 astro-ph.CO
Echoes from a long time ago: Chewbacca inflation
本文将原初声学扰动类比为丘巴卡之声，通过外推多项式势计算暴胀的标量谱指数和张量-标量比，并结合普朗克与BICEP/Keck数据做卡方分析，寻找最符合观测的暴胀模型。
2024-03-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
LINX: A Fast, Differentiable, and Extensible Big Bang Nucleosynthesis Package
LINX是一种基于JAX的可微分大爆炸核合成代码，可快速进行参数估计，并支持与CMB功率谱模拟器联合分析。
2025-11-27 astro-ph.CO hep-ph
What can the CMB tell about the microphysics of cosmic reheating?
在暴胀宇宙学中，暴胀后的宇宙再加热为热大爆炸设定了初始条件。我们调查如何CMB数据可以用来研究有效的潜力和耦合的暴胀子在再加热和约束的微观物理。如果存在由参数共振或其他不稳定性驱动的预热阶段，则再加热期间的热历史和膨胀历史以复杂的方式取决于大量的微物理参数。在这种情况下，CMB观测值和微物理参数之间的联系只能建立密集的数值研究。这些研究可以帮助改善特定模型中CMB对有效暴胀子势的约束，但参数简并通常使其不可能为单个微物理参数提取有意义的最佳拟合值。另一方面，如果再加热是由微扰过程驱动的，那么就有可能从CMB数据中约束暴胀子耦合和再加热温度。这提供了一个基本微物理参数的间接探测，这些参数很可能永远无法在实验室中直接测量，但通过为热大爆炸奠定基础，对宇宙的演化产生了巨大的影响。
2016-02-16 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Loop quantum cosmology, non-Gaussianity, and CMB power asymmetry
我们认为，在宇宙微波背景（CMB）中观察到的异常功率不对称性可能起源于暴胀之前的宇宙反弹。在圈量子宇宙学（LQC）中，大爆炸奇点一般被量子引力效应引起的反弹所取代。我们计算了暴胀非高斯性的光谱，并表明可观测尺度与较长（超视界）波长模式之间的强相关性是由于LQC反弹中扰动的演化而产生的。这些相关性是强烈的尺度依赖性，并诱导偶极占主导地位的调制在大角度尺度的CMB，与观测一致。
2015-07-16 astro-ph.CO gr-qc
Cosmology with Independently Varying Neutrino Temperature and Number
我们考虑了中微子温度和中微子数都允许偏离标准值时的大爆炸核合成和宇宙微波背景。从大爆炸核合成到现在，中微子温度被假定为与其标准模型值相差一个固定的因子。在这种情况下，从宇宙微波背景辐射的观测中得到的相对论自由度的有效数$N_{\rm eff}^{\rm CMB}$不等于中微子的真实数$N_ν$。我们确定了大爆炸核合成预测的元素丰度作为中微子数和温度的函数，将后者转换为$N_{\rm eff}^{\rm CMB}$的等效值。我们发现，一个值的$N_{\rm eff}^{\rm CMB} \approx 3$可以与$N_ν= 4$一致的降低中微子温度的$\sim 5\%$，而$N_ν= 5$被排除在任何值的$N_{\rm eff}^{\rm CMB}$。$N_{\rm eff}^{\rm CMB}$和$N_ν$的观测允许值不能解决锂问题。
2017-03-03 astro-ph.CO hep-ph
Big-bang nucleosynthesis and cosmic microwave background constraints on non-minimally coupled theories of gravity
本文证明了在非最小耦合引力理论中，重子光子比$η$在解耦前一般是不守恒的。我们使用大爆炸核合成和宇宙微波背景的重子-光子比$η$的限制，以获得新的约束修改后的重力理论与一个普遍的非最小耦合之间的物质和曲率，表明他们排除了一个特定的类的模型先前考虑在文献中作为替代的暗物质。我们还比较了这些新的约束与从COBE-FIRAS限制CMB光谱失真，突出它们之间的互补性。
2018-07-02 astro-ph.CO gr-qc
Big Bang Nucleosynthesis: 2015
大爆炸核合成（BBN）描述了在宇宙时间的最初几秒钟内，通过四种基本力之间的动态相互作用产生最轻的核素。我们简要地概述了这一物理学的要点，并提出了新的计算轻元素丰度通过锂6和锂7，更新核反应和不确定性，包括那些在中子寿命。我们提供了适合这些结果作为重子密度和中微子味的数量，N_nu的函数。我们回顾了BBN的最新进展，特别是新的，精确的普朗克宇宙微波背景（CMB）测量，现在探测重子密度，氦含量，和有效的自由度，n_eff。这些测量允许严格的测试BBN和宇宙学仅使用CMB数据。我们的可能性分析将2015年普朗克数据链与我们的BBN输出和观测数据进行了卷积。增加轻元素的天文测量增强了BBN的力量。我们包括一个新的测定原始氦丰度在我们的可能性分析。新的D/H观测结果比相应的理论预测更精确，并且与标准模型和普朗克重子密度一致。此外，当与CMB重子密度结合时，D/H现在提供了对N_nu的严格测量，并提供了2sigma上限N_nu < 3.2。CMB和D/H观测的新精度使D/H预测成为最大的不确定性来源。因此，BBN计算的未来改进将依赖于改进的核截面数据。与D/H和he 4相反，li 7的预测仍然与观测不一致，也许指向新的物理学。
2015-05-05 astro-ph.CO
The Impact of New d(p,γ)He3 Rates on Big Bang Nucleosynthesis
我们考虑了LUNA协作组对$d(p,γ){}^3$ He截面的新测量对大爆炸核合成（BBN）的影响。这些对D/H的原始丰度有重要影响，而原始丰度对BBN时的重子密度也很敏感。我们已经重新评估了这个反应的热速率，使用横截面数据的世界平均值，我们描述与模型无关的多项式，我们的结果是在良好的协议与类似的分析LUNA。然后，我们执行一个完整的似然分析结合BBN和普朗克宇宙微波背景（CMB）的似然链使用新的速率结合以前的测量和比较使用以前的速率的结果。BBN和CMB测量的各向异性频谱使用旧的利率之间的一致性是极好的。预测的重子密度普朗克值的氘丰度是$({\rm D/H})_{\rm BBN+CMB}^{\rm old} = (2.57 \pm 0.13) \times 10^{-5}$，这可以与类星体吸收系统$({\rm D/H})_{\rm obs} = (2.55 \pm 0.03) \times 10^{-5} $确定的值进行比较。使用新的速率，我们发现$({\rm D/H})_{\rm BBN+CMB} = (2.51 \pm 0.11) \times 10^{-5}$。因此，我们发现BBN理论，氘和${}^4$他的意见，和CMB之间的一致性，当使用反应速率适合在我们的数据驱动的方法。我们还发现，新的反应数据收紧的相对论自由度在BBN的数量的限制，给出轻中微子物种的有效数量$N_ν=…
2020-11-27 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
From Cavendish to PLANCK: Constraining Newton's Gravitational Constant with CMB Temperature and Polarization Anisotropy
利用WMAP、BOOMERANG、CBI和ACBAR实验的最新CMB数据和来自大爆炸核合成的独立约束，给出了牛顿引力常量宇宙变化的新约束.我们发现，目前的CMB数据提供的限制在10%的水平，可以提高到3%，包括BBN数据。我们表明，未来的数据预计从普朗克卫星可以约束G在1.5%的水平，而最终的，宇宙方差有限，CMB实验可以达到约0.4%的精度，与目前的实验室测量竞争。
2009-05-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
ALP inflation and Big Bang on Earth
研究了一个山顶暴胀模型，其中类轴子粒子（ALP）扮演暴胀子的角色。我们发现，对于广泛的一类潜在的，衰变常数和质量在潜在的最小值满足的关系，$m_ϕ\sim 10^{-6} f$，以解释CMB归一化。ALP必须耦合到标准模型粒子，以成功地再加热。具有上述关系的ALP可以在束流收集器实验中搜索，例如，SHiP实验，如果膨胀尺度足够低。在这种情况下，ALP通过导致宇宙重新加热的相互作用而衰变。换句话说，大爆炸可以在地面实验中进行探测。
2019-07-24 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Baryon density extraction and isotropy analysis of Cosmic Microwave Background using Deep Learning
宇宙微波背景（CMB）的发现是对早期宇宙和大爆炸现象的研究和基本认识的范式转变。宇宙微波背景是宇宙学家可用的最丰富且有趣的信息来源之一，其中一个特别感兴趣的参数是宇宙的重子密度。重子密度可以通过分析CMB数据或通过研究大爆炸核合成（BBN）来初步估计。因此，这是必要的，通过两种方法得到的结果是一致的。虽然有一些成熟的统计方法用于分析CMB来估计重子密度，但在这里我们将探索深度学习在这方面的应用。我们将从模拟的CMB温度图的功率谱中获得的重子密度与相应的地图图像相关联，并形成用于训练神经网络模型的数据集。我们分析的准确性，该模型是能够预测的结果，从一个相对抽象的数据集，考虑到CMB是一个高斯随机场。CMB是各向异性的，这是由于在小尺度上的温度波动，但在较大尺度上，CMB被认为是各向同性的，在这里，我们通过使用以不同银河系坐标为中心的CMB地图训练模型来分析CMB的各向同性，并比较神经网络模型的预测。
2020-08-08 astro-ph.CO
Primordial Helium And the Cosmic Background Radiation
原始核合成的产物和宇宙微波背景（CMB）光子是宇宙早期演化的遗迹，它们的观测探索了宇宙学的标准模型，并为宇宙学和粒子物理学的标准模型之外的新物理学提供了窗口。在标准的热大爆炸宇宙学中，早在任何恒星形成之前，宇宙中重子质量的很大一部分（~25%）就应该是氦-4核的形式。由于目前的4 He观测仅限于恒星核合成发生的低红移区域，因此对高红移的星前4 He的观测将构成对热大爆炸宇宙学的基本测试。在复合时，在大爆炸核合成（BBN）结束很久之后，CMB上的温度各向异性谱取决于4 He丰度，通过其与电子密度的联系以及电子密度对Silk阻尼的影响。由于4 He的残余丰度对重子的普遍密度相对不敏感，但对非标准的早期宇宙膨胀率敏感，因此4 He的原始质量分数Yp提供了对BBN和CMB的标准模型的一致性的测试，并提供了对非标准物理的约束。在这里，WMAP七年的数据（补充其他CMB实验），这导致在高红移Yp的间接测定，进行比较的BBN预测和独立的，直接的观测4 He在低红移，河外HII地区。目前，由于CMB测定的原始4 He丰度（以及从H II区观测推断的氦丰度）存在很大的不确定性，BBN预测和CMB观测之间的任何差异都很小，在< 1.5 sigma的水平。
2010-04-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Role of Big Bang Nucleosynthesis in Joint Cosmological Analyses
Boston University（波士顿大学）；University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
本研究利用普朗克CMB和DESI DR2 BAO数据，首次在联合分析中边缘化BBN干扰参数，给出精确的哈勃常数和有效中微子数，并建议BBN处理流程以准确考虑预测不确定性。
2026-10-02 astro-ph.CO hep-ph
Constraints from big bang nucleosynthesis and cosmological observations on varying Higgs vacuum expectation value
Beihang University（北京航空航天大学）；Institute for Basic Science（基础科学研究院）；Peking University（北京大学）
该研究通过分析希格斯真空期望值变化对核合成速率的影响，发现提高1.58%可调和轻元素丰度观测与CMB约束，0.2%提升可部分缓解宇宙锂问题。
2026-10-19 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Big Bang For Your Helium Buck
University of Washington（华盛顿大学）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）
利用LBT对原始氦丰度的测量，我们展示了不依赖BBN的CMB宇宙学约束的稳健性，并应用于新物理场景，排除了多数模型，同时为中子寿命异常提供了独立检验。
2026-09-14 astro-ph.CO
$H_0$ tension without CMB data: beyond the $Λ$CDM
我们研究了$H_0$张力在一系列扩展的模型框架超出了标准的$Λ$ CDM没有从宇宙微波背景（CMB）的数据。具体地说，我们采用重子声学振荡、大爆炸核合成和Ia型超新星的数据作为$H_0$的间接测量来研究张力。我们发现，从间接测量的估计值$H_0$是整体低于从直接本地的，无论数据集和一系列的扩展模型进行分析，这表明，虽然紧张的意义取决于模型的变化，$H_0$张力持续在一个广泛的框架超出了标准的$Λ$ CDM模型，即使没有CMB数据。
2021-08-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Big Bang Nucleosynthesis and Neutrino Cosmology
在未来十年中，大爆炸核合成（BBN）存在一系列令人兴奋的科学机会。BBN是几十年来粒子天体物理学的一个关键“工具”，它准备承担新的能力，以探测超越标准模型（BSM）物理学的东西。中微子性质的实验测定、新的核反应实验、先进的超级计算/模拟能力、下一代高精度宇宙微波背景观测的前景以及30米级望远镜的出现，都是推动这一发展的动力。
2019-07-22 astro-ph.CO
Photon to axion conversion during Big Bang Nucleosynthesis
本文研究大爆炸核合成期间CMB光子共振转换为majoron粒子对BBN的影响，发现该过程可缓解氘丰度2σ不匹配及锂问题。
2023-11-17 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Early Universe Tomography with CMB and Gravitational Waves
本文讨论了如何结合宇宙微波背景（CMB）测量和引力波（GW）直接探测实验重建宇宙的热历史。假设各种膨胀时代发生后，暴胀再加热和大爆炸核合成（BBN）之前，我们展示了如何测量的GW频谱可以用来打破与CMB数据，后者是敏感的宇宙膨胀的总量相关联的简并。在这种情况下，我们认为，从未来的CMB和GW实验的预期约束可以探测的情况下，存在后期的熵产生除了标准的再加热。我们表明，在某些情况下，结合未来的CMB和GW直接探测实验的数据，可以确定再加热温度，熵产生的量和标准辐射时代开始的温度。
2013-06-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A class of transient acceleration models consistent with Big Bang Cosmology
当前的宇宙加速膨胀是否有可能变成减速膨胀？这种转变是否可以通过某种可行的理论模型来实现，而这种模型又与标准的大爆炸宇宙学相一致？研究了一类基于动态暗能量的瞬态加速唯象模型，该模型具有非常一般的状态方程形式$p_{de}=αρ_{de}-βρ_{de}^m$。对于小尺度因子$a$，它模拟宇宙学常数$ρ_{de}\rightarrow$ const，对于大尺度因子$a$，它表现为具有$ρ_{de}\rightarrow a^{-3(α+1)}$和$α\ge 0$的正压气体。我们详细研究了这类模型中的四个模型的宇宙演化，它们都产生了平滑的瞬态加速。根据具体的模型，未来的宇宙可能是由暗能量或物质主导的。在两个模型中，动力学暗能量可以通过具有解析势$V(ϕ)$的标量场来实现。此外，统计分析表明，在面对SN Ia、CMB和BAO的观测数据时，模型的鲁棒性与$Λ$ CDM相当。作为对以往研究的改进，我们的模型克服了早期暗能量的过剩问题，并满足了对CMB WMAP观测到的暗能量的约束.
2013-12-13 astro-ph.CO
The synergy between CMB spectral distortions and anisotropies
CMB的光谱畸变和各向异性为研究早期宇宙的能量注入过程提供了独立和互补的探针。在这里，我们讨论了这些观测之间的协同作用，并显示了有前途的未来的光谱失真任务，以约束外来和非外来的能量注入。我们表明，传统的探针，如大爆炸核合成和CMB各向异性可以受益于，甚至超越未来的光谱失真实验。为此，我们在玻尔兹曼代码CLASS中实现了一个统一的框架，以一致地处理光子和重子的热演化。此外，我们给出了一个广泛的和教学的介绍到整个宇宙的热历史的光谱扭曲和能量注入的主题，突出了它们的一些独特的功能和潜力，作为一个新的宇宙学和粒子物理学的探测。
2020-02-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Neutrinos And Big Bang Nucleosynthesis
根据粒子物理学和宇宙学的标准模型，当前宇宙中应该存在类似于宇宙微波光子背景的宇宙中微子背景。弱相互作用的弱点使得中微子背景无法用现有技术检测到。然而，宇宙中微子背景可以通过它对大爆炸核合成（BBN）和宇宙微波背景（CMB）辐射的宇宙学效应间接探测。在这篇BBN评论中，重点关注中微子，更一般地说是暗辐射，对“等效中微子”（暗辐射）的数量，重子不对称性（重子密度）和可能的轻子不对称性（中微子简并度）的BBN约束进行了审查和更新。BBN对暗辐射和重子密度的限制来自于对氘和氦-4的原始丰度的考虑，与CMB的互补结果非常一致，提供了一个暗示性的，但目前还没有定论的暗辐射存在的暗示，它们限制了任何轻子的不对称性。对于这里考虑的所有情况，都存在一个“锂问题”：BBN预测的锂丰度超过观测推断的原始值约3倍。
2012-07-31 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
Phase Transitions in the Early Universe: Impacts on BBN and CMB Observables
本文研究低能标一级相变对BBN和CMB的影响，发现亚MeV相变受Planck 2018严格约束，keV相变致显著CMB畸变，BBN与CMB可互补约束相变参数。
2025-03-25 astro-ph.CO hep-ph
Enhanced Matter Power Spectrum from Axion Kination after Big Bang Nucleosynthesis
本研究提出两种轴子模型，可在BBN到复合期实现先物质主导后动能主导阶段，经早期宇宙观测验证可行，且能在小尺度上产生不同形态的物质功率谱增强，为结构形成研究提供新方向。
2025-10-01 astro-ph.CO hep-ph
On CCC-predicted concentric low-variance circles in the CMB sky
使用WMAP数据对CMB进行的一项新分析支持较早的低温变化同心圆非高斯特征的迹象。共形循环宇宙学（CCC）从宇宙大爆炸之前的一个亿万年中遇到的超大质量黑洞中预测了这些特征。个别低方差圆的真实数据的意义一直存在争议，但最近的独立分析证实了CCC的预期，CMB圆有一个非高斯温度分布。在这里，我们研究同心套低方差圆环的WMAP数据，发现一个高度非各向同性的分布。一个新的“天空扭曲”程序，直接分析WMAP数据，没有呼吁模拟，表明这些同心集的流行取决于环是圆形的，而不是甚至稍微椭圆形，数字急剧下降，随着椭圆度的增加。这与CCC的预期是一致的;同样重要的事实是，尽管发现一些环的半径达到了$15^\circ$左右，但没有一个超过$20^\circ$。同心集合的非各向同性分布可以与先前已知的异常和非高斯CMB特征相关联。
2013-02-21 astro-ph.CO gr-qc
Mirror dark matter cosmology - predictions for $N_{eff} [CMB]$ and $N_{eff} [BBN]$
镜像暗物质通过光子-镜像光子动力学混合与普通物质相互作用可以解释DAMA、CoGeNT和CRESSTII直接探测实验。该解释需要强度$ε\sim 10^{-9}$的动力学混合。这种动力学混合将对早期宇宙宇宙学产生重要影响。我们计算了复合时的附加相对论能量密度，$δN_{eff} [CMB]$。我们还计算了大爆炸核合成的影响，$δN_{eff} [BBN]$。如果$ε\approx few \times 10^{-9}$，则$δN_{eff} [CMB]$和$δN_{eff} [BBN]$都是非零和正的当前提示可以容纳在该框架内。在不久的将来，来自普朗克任务的测量将证实这些暗示或限制$ε\stackrel{<}{\sim} 10^{-9}$。
2012-04-17 astro-ph.CO hep-ph
What could an emerging Big Bang Nucleosynthesis discrepancy be hinting at?
Université de Montpellier（蒙彼利埃大学）；Universitat de València（瓦伦西亚大学）；Sorbonne Université（索邦大学）；Swarthmore College（斯沃斯莫尔学院）
研究原始氘丰度测量与标准大爆炸核合成预测的偏差，通过PRIMAT计算轻元素丰度并比较多种模型，发现vEDE成分可解决偏差，暗示宇宙学中可能存在另一个轻标量场。
2026-07-24 astro-ph.CO hep-ph
Big Bang Nucleosynthesis
随着早期宇宙的膨胀和冷却，使中微子与物质保持热平衡的弱相互作用的速率以及使中子和质子相互转换的相关反应的速率降低。最终，这些速率低于膨胀速率--它们冻结了。同样地，强和电磁核反应的速度虽然快到足以在早期维持平衡，但会减慢并最终导致冻结。这些冻结过程共同组成了大爆炸核合成（BBN）的时代。早期出现的遗迹包括轻元素丰度，例如氦和氘，以及退耦中微子的背景，“C $ν$ B”，大致类似于宇宙微波背景，CMB。这些化石遗迹编码了早期宇宙中物理学运行的历史。因此，BBN已经成为约束新的超越标准模型（BSM）物理的关键工具。由于大型光学望远镜和第四阶段CMB实验的出现，预计氘和氦的原始丰度测量精度会更高，BBN可能成为BSM物理学的更精细探针。后者的实验也将提供更高精度的$N_{\rm eff}$测定，它是光子退耦时期相对论能量密度的测量，因此是C $ν$ B的重要探测器。
2023-01-28 astro-ph.CO hep-ph
Baryons do trace dark matter 380,000 years after the big bang: Search for compensated isocurvature perturbations with WMAP 9-year data
光子与中微子或非相对论性物质（如重子或暗物质）之间的原始等曲率波动被认为是次主导的绝热波动。然而，重子和暗物质相对密度的扰动（称为补偿等曲率扰动，或CIP）令人惊讶地受到很差的约束。在可观测尺度上，CIP在宇宙微波背景（CMB）中没有留下任何印记，至少在其振幅的线性级和绝热扰动振幅的零级上是如此。因此，重子是否能在最后一次散射的表面追踪到暗物质，还没有经验上的了解。如果CIP存在，它们将在空间上调制丝绸阻尼尺度和声学视界，导致整个天空中CMB温度/偏振功率谱的明显波动：这种效应在CIP和绝热模式振幅中都是一阶的。在这里，温度数据从威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）进行第一次基于CMB的观测搜索CIP，使用非对角相关和CMB三谱。弱透镜和点源的重建噪声被证明是可以忽略不计的这个数据集。没有观察到CIP的证据，并且将$1.1\times 10^{-2}$的95%置信上限施加到尺度不变CIP功率谱的幅度。这一限制同意CIP的灵敏度预测WMAP，并与较小的尺度限制的测量星系团的重子分数的竞争力。结果表明，在95%的置信水平下，5-100度尺度上的CIP幅度的均方根小于0.07-0.17（取决于尺度）。来自普朗克卫星的温度数据将为CIP的存在提供更灵敏的探测器，即将进行的ACTPol和SPTPol实验也将在更小的角度范围内进行。
2013-06-18 astro-ph.CO hep-ph
Limits on Non-Relativistic Matter During Big-Bang Nucleosynthesis
本文研究大爆炸核合成期间非相对论无压物质的衰变效应，利用轻元素丰度和CMB数据限制其寿命与密度，发现电磁衰变物质可更好地拟合Planck给出的N_ν偏低结果，并给出参数限制。
2024-01-16 astro-ph.CO hep-ph
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
Do joint CMB and HST data support a scale invariant spectrum?
我们结合当前的测量本地膨胀率，$H_0$，大爆炸核合成（BBN）的氦丰度的估计与最新的宇宙微波背景（CMB）的数据从普朗克合作讨论的尺度不变的哈里森-Zeldovch-Peebles（HZP）光谱的观测可行性。我们还分析了它的一些扩展，即HZP + $Y_P$和HZP + $N_{eff}$，其中$Y_P$是原始氦的质量分数和$N_{eff}$是相对论自由度的有效数。我们进行了贝叶斯分析，并表明，后者的模型是有利的$N_{eff}$躺在区间$3.70 \pm 0.13$（$1σ$），这是目前允许的一些独立的分析的值的标准宇宙学。
2017-02-21 astro-ph.CO
The Search for a Primordial Magnetic Field
磁场出现在等离子体和电流存在的地方，因此，它们贯穿了自然界的所有尺度。因此，我们很自然地假设磁场可能是在大爆炸的高温环境中形成的。这样的原始磁场（PMF）可能产生于或影响各种宇宙学现象，如膨胀、宇宙相变、大爆炸核合成、宇宙微波背景（CMB）温度和极化各向异性、宇宙重力波背景以及大尺度结构的形成。在这篇综述中，我们总结了理论模型的发展，用于分析观测结果的PMF。我们还总结了目前的最先进的观测证据的PMF搜索。特别是，我们回顾了计算PMF功率谱对CMB和大尺度结构发展的影响所需的框架。我们总结了目前的PMF振幅$B_λ$和功率谱指数$n_B$的限制，并讨论了在不久的将来更好地确定这些数量的前景。
2012-04-16 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Apparent evidence for Hawking points in the CMB Sky
本文提出了强有力的观测证据，许多以前未观察到的异常圆形斑点，显着提高温度，在CMB的天空。斑点具有在0.03和0.04弧度之间的角半径（即，在约3和4度之间的角直径）。在这个大小上有一个明显的截止点，表明每个异常点都起源于一个高能的点状源，位于暴胀的末端-或者在共形膨胀的大爆炸中，如果认为没有暴胀阶段。这些异常斑点的显著存在，最初是在普朗克70 GHz卫星数据中通过与1000个标准模拟进行比较而发现的，然后通过将比较扩展到10000个模拟来证实。这些异常点在WMAP数据中的相同位置被发现，它们的重要性通过与1000个WMAP模拟结果的比较得到了证实。普朗克和WMAP有非常不同的噪声特性，在两张图上观测到的相同方向的异常点似乎不太可能完全来自噪声。随后，通过与1000个FFP 8.1 MC模拟（使用$l \leq 1500$）进行比较，在普朗克数据中发现了进一步的确认。这种反常区域的存在，是由共形拉伸大爆炸中的点状源引起的，是共形循环宇宙学（CCC）的一个预测结果，这些源是共形循环宇宙学理论中的霍金点，是由在我们之前的宇宙宙中的超大质量黑洞的霍金辐射引起的。
2022-08-09 astro-ph.CO
Dark Radiation from Neutrino Mixing after Big Bang Nucleosynthesis
本研究探讨轻暗费米子与标准模型中微子混合的平衡机制，发现其平衡温度仅比自身质量高几个量级，会在CMB和LSS中留下阶跃式暗辐射等信号，或可解释宇宙学张力，且最简模型信号可达未来实验探测灵敏度。
2023-11-29 astro-ph.CO hep-ph
Signatures of Primordial Energy Injection from Axion Strings
本研究通过解析论证和宇宙学模拟发现轴子弦会将部分能量沉积为高能标准模型辐射，被原初等离子体吸收后产生新特征，从而利用CMB功率谱数据对低质量轴子弦的衰变常数给出了约束。
2023-08-02 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Might the radiation era extend back to the Big Bang? On dark matter production and the relic graviton background in quadratic gravity
Higgs Centre for Theoretical Physics（希格斯理论物理中心）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（珀米特理论物理研究所）
本文在二次引力框架下重新审视辐射纪元回溯至大爆炸的后果，发现暗物质质量与引力子耦合系数的新关系，并提出暗物质引力产生机制，同时指出遗迹引力子背景可约束理论参数。
2026-09-11 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Anomalous photon noise levels predicted for CMB measurements made by the Planck satellite mission
在标准的Lambda+CDM热大爆炸（HBB）模型中固有的一个基本假设是，由于宇宙的膨胀，光子会在红移时损失能量。我们表明，准静态宇宙（QSU）模型，其中光子能量是一个不变的宇宙学参考系，光子数密度在宇宙中的今天是一个因素约1600小于标准模型。我们研究了一些过程中发生的早期宇宙的热历史，包括原始核合成，中性氢的形成（重组），和宇宙微波背景（CMB）辐射的演变的后果。我们表明，QSU模型预测，测得的CMB光子噪声水平将是一个因素的40高于假设标准HBB模型将观察到的水平。最近发射的普朗克卫星任务将收集的CMB数据为检验这一预测的有效性提供了一个理想的机会。
2009-05-21 astro-ph.CO
No evidence for anomalously low variance circles on the sky
在最近的一篇论文中，Gurzadyan和Penrose声称已经发现了天空中的方向，这些方向的中心是宇宙微波背景（CMB）中异常低方差的圆圈。这些特徴是作为早期宇宙特定图像的证据。我们试图重复这些作者的分析，我们确实可以证实，这种变化确实存在于数据中的点周围的环的温度方差。然而，我们发现，这种变化是完全预期在天空中包含通常的CMB各向异性。换句话说，正确模拟的高斯CMB数据只包含声称的各种变化。Gurzadyan和Penrose没有发现大爆炸前现象的证据，只是重新发现CMB包含结构。
2011-04-07 astro-ph.CO
The Neutron Mean Life and Big Bang Nucleosynthesis
我们探讨了中子寿命及其不确定性对标准大爆炸核合成（BBN）的影响。BBN描述了轻核素$^1{\rm H}$、${\rm D}$、$^3{\rm H}$ + $^3{\rm He}$、$^4{\rm He}$和$^7{\rm Li}$ + $^7{\rm Be}$在宇宙时间的最初几分钟内的宇宙产生。中子平均寿命$τ_n$在现代BBN计算中有两个作用：（1）规范化弱$n \leftrightarrow p$互变的矩阵元，（2）设定弱相互作用冻结后的自由中子衰变速率。我们回顾了$τ_n$测量和BBN之间的相互作用的历史，并提出了轻元素丰度的灵敏度现代中子寿命测量的研究。我们发现，$τ_n$的不确定性占主导地位的预测$^4{\rm He}$误差预算，但这些理论误差仍然小于$^4{\rm He}$观测的不确定性，即使在最近的中子寿命测量的分散。对于其他轻元素的预测，$τ_n$的贡献可以忽略不计，他们的错误预算。把这个问题，我们结合目前的BBN和宇宙微波背景（CMB）测定的宇宙重子密度$\textit{predict}$的“宇宙学首选”的平均寿命的$τ_{n}({\rm BBN+CMB}) = 870 \pm 16 \ \rm sec$，这是符合实验的平均寿命测定。我们继续表明，如果未来的天文和宇宙学氦观测可以达到$^4{\rm He}$质量分数$Y_p$的$σ_{\rm obs}(Y_p) …
2023-03-07 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
CMB Spectral Distortions: Status and Prospects
从一个完美黑体得到的宇宙微波背景（CMB）的能谱图探测了宇宙的一个基本性质--它的热历史。目前的上限可以追溯到大约25年前，将这种光谱扭曲限制在百万分之50，并为早期宇宙的热大爆炸模型提供了基础。现代升级到80年代时代的技术背后的这些限制，使三个数量级或更大的改善灵敏度。标准的宇宙学模型提供了令人信服的目标，在这种敏感性，跨越宇宙的历史，从衰变的原始密度扰动重子反馈的作用，结构的形成。充分利用这种敏感性需要同时提高我们对竞争天体物理前景的理解。我们概述了一个程序，使用成熟的技术能够检测最小的预测失真，即使是最坏的情况下的前景。
2019-07-30 astro-ph.CO astro-ph.IM
A new tension in the cosmological model from primordial deuterium?
最近对D（p，$γ)^3$ He）核反应截面和中子寿命的测量，以及对来自宇宙微波背景（CMB）分析的宇宙学重子丰度的重新评估，要求对大爆炸核合成（BBN）过程中产生的轻元素的丰度预测进行更新。虽然在早期被认为是热大爆炸模型的支柱，但BBN的约束力主要取决于氘丰度。我们指出一个新的$\simeq1.8σ$ -张力的重子密度，或相当于D/H丰度，之间的值推断，一方面从分析的原始丰度的轻元素，另一方面，从组合的CMB和重子振荡数据。这引起了人们对该理论这一部分的关注，并使我们有机会在精确宇宙学的背景下重新评估BBN的地位。最后，本文介绍了BBN码PRIMAT的升级。
2021-01-25 astro-ph.CO nucl-th
Neutrino at different epochs of the Friedmann Universe
本文综述活性与惰性中微子的物理性质如何影响Friedmann宇宙演化，并指出轻子不对称性或活性中微子能量密度可协调轻惰性中微子与标准宇宙学观测。
2024-04-10 astro-ph.CO
Big-Bang Nucleosynthesis
对宇宙核合成的现状进行了评述。在三种相对论中微子的标准模型框架下，重子-光子比$η$对应于氘和氦-4的原始丰度，这与由宇宙微波背景各向异性观测独立确定的$η$是一致的.然而，从观测中推断的锂-7的原始丰度明显低于其预期值。考虑到丰度估计中的系统不确定性，在95% CL（对应于宇宙学重子密度$Ω_B h^2 = 0.021 - 0.025$）的范围$η= (5.7-6.7)\times 10^{-10}$中存在总体一致性。D和He-4丰度与CMB测定的$η$相结合，提供了中微子种类有效数的结合$N_ν=3.28 \pm 0.28$。对新物理学的其他限制也作了简要的讨论。
2014-12-03 astro-ph.CO
Big-Bang Nucleosynthesis After Planck
我们根据最终的普朗克数据发布和其他最近的发展，并在未来的测量预期大爆炸核合成（BBN）的状态进行评估。普朗克数据将宇宙重子密度固定在0.9%的精度，并确定氦丰度和中微子的有效数，其精度分别接近天文和BBN测量。此外，新的高红移测量使D/H比理论预测更精确，新的Li/H数据再次证实了锂问题。我们提出了新的${}^{7}{\rm Be}(n,p){}^{7}{\rm Li}$率使用新的中子捕获测量，我们还研究了拟议的变化的影响，$d(p,γ){}^{3}{\rm He}$率。利用这些结果，我们进行了一系列的可能性分析。我们评估BBN/CMB的一致性，注意我们的结果如何取决于普朗克数据的选择，以及结果如何取决于非BBN，非普朗克数据集的选择。最重要的是，锂问题仍然存在，而且在D/H观测约束非常严格的情况下确实更加严重;新的中子俘获数据揭示了系统性，这在一定程度上增加了不确定性，因此稍微减少了问题，但基本上没有改变问题。我们证实，$d(p,γ){}^{3}{\rm He}$理论速率带来D/H的协议，并略有增加7锂，需要在BBN能量的新的实验数据。把锂的问题放在一边，我们发现BBN的中微子种类的有效数是$N_ν= 2.86 \pm 0.15$。未来的CMB第4阶段测量有望在BBN参数方面取得实质性的改进：氦丰度的测定将与最好的天文测定相竞争，而$N_{\rm eff}$将接近能够检测原始等离…
2019-12-03 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
Dark Matter and Gravity Waves from a Dark Big Bang
本研究提出“暗黑大爆炸”场景，即暗物质可通过暗领域一阶相变在原初核合成前后形成，符合宇宙学限制，且能产生可被脉冲星计时阵列探测的引力波，为暗物质研究提供新方向。
2023-02-22 astro-ph.CO
