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
The two-mode puzzle: Confronting self-interacting neutrinos with the full shape of the galaxy power spectrum
针对自相互作用中微子延迟自由流动场景的CMB数据拟合矛盾，研究利用星系功率谱全形状给出独立约束，发现数据略偏好该场景且结果稳健，推动相关粒子模型探索。
2023-11-14 astro-ph.CO hep-ph
Directly Probing Neutrino Interactions through CMB Phase Shift Measurements
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；University of Notre Dame（圣母大学）
研究通过CMB各向异性中的声学振荡相位移，探测中微子相互作用，发现相位移形式与自由流模型一致，仅幅度随相互作用强度变化，利用Planck等数据约束中微子脱耦红移。
2026-03-17 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Detecting the cosmological neutrino background in the CMB
在宇宙微波背景（CMB）中，除了光子外，还探测到三种相对论粒子。在宇宙学的标准模型中，它们被解释为三种中微子。然而，在CMB退耦时，中微子不仅是相对论性的，而且它们也是自由游动的。在这里，我们调查，是否CMB是敏感的中微子的这一定义功能，或者是否CMB数据允许用相对论流体取代中微子。我们表明，自由流动的粒子是首选的相对论性完美流体与$Δχ^2\simeq 21$。我们还研究了用粘性流体代替中微子的可能性，发现相对论性粘性流体无论是标准值$c_{\rm eff}^2=c_{\rm vis}^2=1/3$还是$c_{\rm eff}^2$和$c_{\rm vis}^2$的最佳拟合值都具有$Δχ^2=20$，因此也不能提供一个很好的拟合到目前的CMB数据。
2015-07-27 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Exploring the Dark Sector: Interacting Radiation in Light of Modern Cosmological Probes
Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）；Institut d’Estudis Espacials de Catalunya（加泰罗尼亚空间研究学院）
通过自由流和流体状暗辐射模型，利用CMB、BAO和超新星数据约束额外相对论自由度，显著缓解哈勃张力。
2026-05-22 astro-ph.CO
Probing Dark Relativistic Species and Their Interactions with Dark Matter through CMB and 21cm surveys
本研究结合21cm巡天与CMB数据，通过费雪矩阵分析探测暗辐射及暗辐射-暗物质相互作用，发现21cm观测可大幅提升相互作用率探测灵敏度，二者互补可探索解释$S_8$张力的参数空间。
2025-01-18 astro-ph.CO
Super-Sample CMB Lensing
透镜的CMB的模式是大于调查的大小膨胀的内在尺度的温度和偏振场和相干移动其观察到的功率谱相对于合奏或全天平均。该效应可以简单地封装为根据透镜三谱对功率谱协方差矩阵的贡献，或者封装为用于参数估计的附加参数，即场的平均收敛。它应该包括在即将进行的调查，精确测量声极化功能深入阻尼尾巴在多极$\ell \gtrsim 1500$与小于$10\%$的天空。它的遗漏可能会导致看似矛盾的值的角度尺度的声音视界，然后可能会提供错误的宇宙学参数相比，重子声学振荡测量。
2014-01-30 astro-ph.CO
CMB temperature anisotropy at large scales induced by a causal primordial magnetic field
我们提出了一个由原始磁场的萨克斯沃尔夫效应的解析推导。为了一致地指定初始条件，我们假设磁场是由因果过程产生的，即在早期宇宙中的一阶相变。对于拓扑缺陷的情况，我们应用广义相对论结条件来匹配产生磁场的相变之前和之后的微扰变量，以这样的方式，总能量动量张量在整个过渡中守恒，并且满足爱因斯坦方程。我们进一步解析地求解了包含中微子的大尺度下的度规和流体扰动的演化方程，并导出了磁性Sachs Wolfe效应。我们发现，相关的贡献，磁萨克斯-沃尔夫效应来自次领先的大尺度极限的度量扰动。事实上，由于自由流中微子的存在，首阶项被强烈抑制。我们动态地导出了中微子补偿效应，证实了由因果磁场产生的磁性SachsWolfe谱的性质为l（l+1）C_l^B \propto l ^2，这与最近的数值分析结果一致。
2010-06-03 astro-ph.CO
Robustness of cosmic neutrino background detection in the cosmic microwave background
宇宙中微子背景的存在可以通过CMB实验间接探测，不仅可以通过测量宇宙中辐射的背景密度，还可以通过寻找温度和偏振功率谱中自由流物质波动的典型特征。之前的研究已经提出了这些波动的相当通用的参数化，这可能有助于区分普通自由流中微子的特征或更奇异的暗辐射模型的特征。目前的数据与这些参数的标准值是一致的，这似乎为宇宙中微子背景的存在提供了进一步的证据。在这项工作中，我们调查的鲁棒性，这一结论在各种假设。我们概括的有效声速和粘性速度的定义的情况下，大量的中微子或其他暗辐射组件经历非相对论性的过渡。我们表明，这些有效参数的当前界限不显着变化时，考虑任意值的粒子质量，或扩展的宇宙学模型与自由有效中微子数，动态暗能量或运行的原始光谱倾斜。我们的结论是，这是可能的，使一个强大的声明宇宙中微子背景的CMB实验的检测。
2015-02-16 astro-ph.CO
The Delay of Population III Star Formation by Supersonic Streaming Velocities
最近已经证明，暗物质和气体之间的相干相对流动速度为30 km / s，在复合后直接渗透到宇宙中，其尺度低于几Mpc。在这里，我们使用一系列高分辨率的移动网格计算表明，这些超音速运动显着影响的气体在minihalos的维里化，并延迟第一颗恒星的形成。当气体以约1 km / s的速度在z ~ 20处进入微晕时，额外的动量和能量输入降低了晕的气体分数和中心密度，使有效冷却所需的典型维里质量增加了三倍，并将星族III恒星的形成延迟了dz ~ 4。由于流速大小的分布在一个不可忽略的值附近有一个狭窄的峰值，这种效应在宇宙的大多数区域都很重要。因此，最小晕质量的增加意味着可以预期冷却并形成第三星族恒星的小晕的绝对数量减少了一个数量级。我们进一步发现，流动的速度增加了微晕气体的湍流速度色散，这可能会影响其破碎的能力，从而改变第一颗恒星的质量函数。
2011-05-23 astro-ph.CO
Angular correlations of causally-coherent primordial quantum perturbations
我们考虑的假设，非局域的，全方位的，因果相干的量子纠缠的暴胀视界可以解释一些众所周知的测量异常的宇宙微波背景（CMB）各向异性在大角度尺度上。结果表明，因果相干性可以导致更少的宇宙方差的大角度功率谱${C}_\ell$的原始曲率扰动的球视界比预测的标准模型的有效场论的局部性，和新的对称性的角关联函数${C}(Θ)$。因果关系的考虑是用来构建一个近似的分析模型${C}(Θ)$的角度尺度大于几度。考虑到来自未测量的固有偶极子和来自银河系前景减法的不确定性，因果相干约束被证明与大角度尺度上测量的CMB相关性是一致的。减少宇宙方差将使强大的测试的假设与更好的前景减法和更高的保真度测量大角度尺度。
2021-12-13 astro-ph.CO gr-qc
Semi-analytical description of clumping factor and CMB free-free distortions from reionization
宇宙的密度对比，用物质功率谱及其方差来参数化，可以放大等离子体中自由-自由过程的信号。尺度小于DM粒子自由流尺度的波动阻尼对应于大波数k的总物质功率谱的抑制。我们推导出的时间演化的各种宇宙模型和参数的物质功率谱的方差通过数值计算的功率谱与玻尔兹曼代码CAMB的修改版本，对于不同的值的截止参数kmax。适当的解析近似的数值结果。然后，我们描述的CMB自由-自由光谱失真占来自聚集因子的放大效应。事实上，与星系际介质密度对比相关的块状物随着红移的减小而增加。选择天体物理学和唯象宇宙学再电离的历史，我们评估的自由自由失真的聚集因子的影响，并讨论预测信号的波长依赖性进行分析。最后，我们解决了与其他类别的不可避免的CMB光谱失真和未来的观测前景的比较。虽然再电离的康普顿化在高频下占主导地位，但在所考虑的模型中预测的自由-自由信号在低于约25 GHz（10 GHz）的频率下以几个（几十个）百分比的水平对失真做出贡献，并且代表低于约4 GHz的主要签名。从HI 21厘米背景的宇宙学信号被发现占上风的自由-自由失真在一个限制，模型依赖的频率窗口之间约0.1和0.2 GHz。
2013-10-23 astro-ph.CO
Interacting radiation after Planck and its implications for the Hubble Tension
标准宇宙学预测，在物质辐射相等之前，大约41%的能量密度是自由流中微子。但是，在许多超出标准模型的方案中，此组件的数量和自由流性质会被修改。例如，这发生在具有新的中微子自相互作用或具有相互作用的光粒子的额外暗扇区的模型中。我们考虑了标准宇宙学的几个扩展，其中包括非自由流动的辐射组件，这些粒子物理模型的动机，并使用最终的普朗克数据发布来约束它们。这一版本在极化可能性方面有了重大改进，这在区分自由流和相互作用的辐射种类方面发挥了重要作用。固定辐射中的总能量以匹配标准中微子退耦的期望，我们发现在95% CL下自由流辐射的分数必须是$f_\mathrm{fs} > 0.8$（结合温度、极化和重子声学振荡数据）。考虑到自由流和相互作用辐射的任意贡献，新的非自由流自由度的有效数量被限制为在95% CL时为$N_\mathrm{fld} < 0.6$。具有额外辐射的宇宙学也被认为可以缓解当前膨胀率$H_0$的局部测量和CMB推断之间的差异。我们表明，包括一个非自由流动的辐射组件允许更大量的总能量密度的辐射，导致温和的改善，适合宇宙学数据相比，以前讨论的模型，只有一个自由流动的组件。
2020-04-09 astro-ph.CO hep-ph
Wavelet reconstruction of E and B modes for CMB polarisation and cosmic shear analyses
我们提出了新的方法映射的卷曲自由（E-模式）和发散自由（B-模式）组件的自旋2信号使用自旋方向小波。我们的方法同样适用于测量偏振的宇宙微波背景（CMB）和剪切的星系形状由于弱引力透镜。我们推导出伪和纯小波估计，其中由于不完整的天空覆盖所产生的E-B混合被抑制在小波空间中使用尺度和方向相关的掩蔽和加权方案。在纯估计量的情况下，模糊模式（在不完整的天空上同时具有消失的旋度和发散）也被取消。在模拟中，我们证明了改进（即，泄漏的减少）。我们的新方法可以直接接口在一个连贯的和计算效率的方式与组件分离或特征提取技术，也利用小波。
2016-12-02 astro-ph.CO
Cosmological Constraints on Interacting Light Particles
宇宙学观测对以暗辐射（DR）形式出现的轻粒子在复合时的影响越来越敏感。传统的可观测的有效中微子数，$N_{\rm eff}$，是不够的探测通用的，相互作用的DR模型。在这项工作中，我们进行似然分析，允许自由流动的有效中微子（参数化的$N_{\rm eff}$）和相互作用的有效中微子（参数化的$N_{\rm fld}$）。我们激励的另一种参数化DR的$N_{\rm tot}$（总有效中微子数）和$f_{\rm fs}$（有效中微子的自由流的分数），这是少退化比使用$N_{\rm eff}$和$N_{\rm fld}$。使用普朗克2015年的可能性与重子声学振荡（BAO）的测量相结合，我们发现在2 $σ$的$ΔN_{\rm tot} < 0.39$超过标准模型的有效中微子（包括自由流和相互作用）的总量的限制。此外，我们认为，这种情况下的紧张局势之间的早期和晚期的宇宙学观测，特别是测量$σ_8$（在8 $h^{-1}$兆秒差距的物质功率波动的幅度），发现一个温和的偏好轻物种之间的相互作用的可能性。我们进一步预测了未来各种实验的敏感性，包括先进的ACTPol（一个代表性的CMB第三阶段实验），CMB第四阶段，和欧几里得卫星。这项研究是相关的探测非标准中微子物理以及各种各样的新粒子物理模型超越了标准模型，涉及暗辐射。
2017-03-31 astro-ph.CO hep-ph
Introducing a multiscale feature integration network for inpainting with applications to enhanced CMB map reconstruction
本文提出SkyReconNet，一种结合扩张与标准卷积的多尺度特征融合网络，用于修复全天CMB图中的不规则掩模区域，通过SSIM和MSE联合损失优化，实现接近宇宙方差极限的高精度重建，并适用于其他图像修复任务。
2025-05-22 astro-ph.CO
Dark neutrino interactions make gravitational waves blue
新的中微子相互作用可以阻止它们在早期宇宙中的自由流动，即使在弱解耦时期之后。与标准的$Λ$ CDM预测相比，这导致了小尺度上原始引力波振幅的增强。本文计算了暗物质中微子相互作用对CMB张量$B$模谱的影响。我们表明，新的中微子相互作用的影响产生的规模或$\ell$依赖的印记在CMB $B$模式的功率谱在$\ell \gtrsim 100$。如果在未来的实验中检测到原始的$B$ -模，偏离标度不变性的蓝色光谱可能不一定意味着简单暴胀模型的失败，而是可能是相对论粒子的非标准相互作用的标志。新的中微子相互作用也会引起CMB B模功率谱的相移，这是不能通过简单修改原始张量功率谱来模拟的。在CMB $B$模谱中除了张量与标量之比之外还隐藏着丰富的信息。
2018-04-03 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Probes of Light Relics
当前和未来宇宙学观测的主要目标之一是热大爆炸的光热遗迹。在粒子物理学的标准模型中，一个重要的热遗迹是宇宙中微子，而有趣的扩展预测了新的轻粒子，它们与普通物质的耦合更弱。然而，这些难以捉摸的粒子可能在早期宇宙中有效地产生，它们的引力影响可以在宇宙学观测中检测到。在这篇论文中，我们描述了如何测量宇宙微波背景（CMB）和宇宙的大尺度结构（LSS）可以揭示中微子的性质和其他光遗迹的可能存在的新的光。这些观测结果对早期宇宙中的辐射量非常敏感，部分原因是自由流物质（如中微子）在我们详细研究的重子声学振荡（BAO）中留下了微小的相移。基于这种分析理解，我们通过独立确认宇宙中微子背景在CMB和LSS数据集中的自由流性质，为宇宙中微子背景提供了进一步的证据。特别是，我们建立了一个新的分析的BAO光谱导致的第一次测量的中微子在星系团簇的这个印记。未来的宇宙学调查，如下一代CMB实验（CMB-S4），有可能测量相对论性物质的能量密度在亚百分比水平，因此将能够探测物理超越标准模型。我们演示了如何实现这一点，并提出了一个观测目标，这将允许检测任何光粒子，曾经在热平衡。有趣的是，即使没有检测，通过对标准模型的耦合提供约束，也会产生新的见解。[删节]
2018-10-05 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Dark Neutrino interactions phase out the Hubble tension
新的中微子相互作用甚至在弱相互作用冻结之后也能阻止它们自由流动。这导致了宇宙微波背景（CMB）声峰的相移，这可以缓解哈勃张力。此外，中微子中的微扰在进入视界时不会衰减，并有助于度规微扰增强物质功率谱。我们证明，这种声学相移可以实现使用新的标准左手中微子与暗物质的相互作用，而不改变有效的相对论自由度的数量。利用普朗克宇宙微波背景辐射和WiggleZ星系巡天$ (k\le 0.12 h \ {\rm Mpc}^{-1} ) $数据，我们证明了在这个模型中哈勃张力约减小到$ 2.1 σ$。我们的模型预测了潜在的可观察到的修改的CMB B模式和物质的功率谱，可以在未来的数据集观察到。
2021-01-10 astro-ph.CO hep-ph
Warm and Fuzzy Dark Matter: Free Streaming of Wave Dark Matter
本文研究以相对论性波数产生的波暗物质（如暴胀后轴子）的自由流效应，类比暖/热暗物质，指出其增强抑制、影响等曲率涨落，且观测影响因动量分布而异。
2025-09-10 astro-ph.CO hep-ph
Free-streaming and Coupled Dark Radiation Isocurvature Perturbations: Constraints and Application to the Hubble Tension
暗辐射（DR）作为一个新的物理候选者出现在标准模型之外的各种场景中。虽然经常假设DR中的扰动是绝热的，但如果在暴胀期间存在多个场，并且其衰变产物并不都彼此热化，则它们可以容易地具有等曲率分量。通过实施适当的等曲率初始条件（IC），我们仅从普朗克2018年的完整数据中推导出对不相关和相关DR密度等曲率扰动的约束，并与其他宇宙学数据集相结合。我们对自由流DR（FDR）的研究更新和推广了现有的中微子密度等曲率扰动的限制，包括不同数量的相对论自由度，并耦合DR（CDR）等曲率，我们推导出第一个界限。我们还表明，CDR质量新的物理效应相比，FDR。一个这样的效果是，对于等曲率IC，FDR与CDR相比产生更大的CMB各向异性-与绝热情况相反。更一般地，我们发现DR等曲率光谱的蓝色倾斜是优选的。这使得哈勃常数$H_0$的值比标准的$Λ$ CDM+ $ΔN_{\rm eff}$宇宙学的绝热光谱更大，并放松了$H_0$张力。
2022-05-10 astro-ph.CO hep-ph
Strong constraints on a simple self-interacting neutrino cosmology
本文用轮廓似然、嵌套抽样和Metropolis-Hasting近似联合检验CMB与星系数据，发现Bayes因子强烈反对简单自相互作用中微子模型。
2025-01-06 astro-ph.CO hep-ph
Decay of multiple dark matter particles to dark radiation in different epochs does not alleviate the Hubble tension
衰变的冷暗物质（CDM）被认为是解决哈勃膨胀率和物质聚集之间紧张关系的一种机制。然而，宇宙微波背景（CMB）的偏振测量严重限制了暗物质在重组前的衰变比例，而大尺度结构对CMB各向异性的透镜效应对暗物质在重组后的衰变有很强的限制。总之，这些限制使得用衰减的暗物质来解释哈勃张力不太可能。针对这种情况，我们研究了一个暗物质系综与CDM粒子衰变成自由流动的暗辐射在不同的时代，可以缓解这个问题。我们发现它没有。
2022-04-25 astro-ph.CO hep-ph
The Neutrino Puzzle: Anomalies, Interactions, and Cosmological Tensions
中微子领域的新物理学可能需要解决不同中微子振荡实验之间的异常现象。有趣的是，它也为$H_0$和$σ_8$的不一致宇宙学测量提供了一种可能的解决方案。我们在这里表明，延迟中微子自由流的开始，直到接近物质辐射平等的时代，可以自然地容纳一个较大的值的哈勃常数$H_0=72.3 \pm 1.4$ km/s/Mpc和一个较低的值的物质波动$σ_8=0.786\pm 0.020$，而不会降低适合的宇宙微波背景（CMB）阻尼尾。我们通过引入中微子自相互作用的中微子质量的非零和的存在下，实现这一点。这种强相互作用的中微子宇宙学倾向于$N_{\rm eff} = 4.02 \pm 0.29$，它对粒子模型的建立和中微子振荡异常有着有趣的意义。我们表明，中微子自由流动的CMB相移的情况下，可以通过移动其他宇宙学参数的值进行补偿，从而提供了一个重要的警告，在文献中的检测。由于它们在早期对引力势演化的影响，自相互作用中微子及其随后的去耦在物质功率谱上留下了丰富的结构。特别是，我们指出了一个新的本地化功能出现在尺度上的中微子自由流开始进入视界的存在。虽然相互作用的中微子宇宙学提供了一个更好的全球适合目前的宇宙学数据，我们发现，传统的贝叶斯分析惩罚模型相比，标准的宇宙学。我们的分析表明，有可能找到完全不同的宇宙学模型，但这些模型提供了与数据的极好拟合，从而为彻底探索替代宇宙学场景提供了动力。
2019-04-02 astro-ph.CO hep-ph
Mitigating the optical depth degeneracy in the cosmological measurement of neutrino masses using 21-cm observations
该研究提出利用21厘米功率谱观测直接估计光学深度$τ$，与CMB联合分析可缓解$τ-Σm_ν$简并，实现对中微子质量$Σm_ν$的高精度测量，并减少其他宇宙学参数的不确定性。
2023-05-11 astro-ph.CO astro-ph.IM
Comprehensive Constraints on Dark Radiation Injection After BBN
本研究结合多类宇宙学观测数据，对BBN后隐区粒子衰变产生的暗辐射注入给出严格约束，发现其贡献不超过宇宙能量密度的3%，无法有效缓解哈勃张力。
2024-04-11 astro-ph.CO
Measuring inflaton couplings via dark radiation as $ΔN_{\rm eff}$ in CMB
研究通过暴胀子衰变产生的暗辐射对$N_{eff}$的贡献，利用Planck-2018等CMB数据约束暴胀子耦合与质量参数空间，并预测未来CMB实验的探测范围。
2023-10-19 astro-ph.CO hep-ph
Universal lower bound on the axion decay constant from free streaming effects
本文证明轴子遗迹丰度增强会产生非零动量模式，从而通过自由流效应和等曲率扰动对轴子衰变常数给出不依赖具体模型的普适下界，并利用莱曼-$α$ 森林观测分别对两类增强机制给出约束。
2025-07-02 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Magnetic Field Limits from CMB Trispectrum - Scalar Modes and Planck Constraints
宇宙磁场在大尺度上被观测到是相干的，并且可能有一个原始的起源。宇宙微波背景辐射（CMB）中的非高斯信号是由原始磁场产生的，因为原始磁场引起的磁应力和温度各向异性与磁场成二次方关系。我们计算大角度尺度上的CMB标量三谱，近尺度不变的磁场，通过萨克斯-沃尔夫效应的来源。由磁能密度和磁标量各向异性应力引起的三谱被发现具有典型的幅度约为$10^{-29}$和$10^{-19}$，分别。标量各向异性应力三谱也计算在平天近似，并产生类似的结果。从普朗克任务的数据对CMB的非高斯性的观测限制，使我们能够设置上限的$B_0 \lesssim 0.6 $ nG的原始宇宙磁场的现值。在三谱中考虑暴胀磁曲率模可以进一步将磁场上限收紧到$B_0 \lesssim 0.05 $ nG。这些sub-nanoGauss约束从磁三谱是最严格的限制，到目前为止的原始磁场的强度，在兆秒差距尺度上，显着优于从CMB双谱和CMB功率谱的限制。
2013-12-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Planck Data and Ultralight Axions
我们研究了光子-轴子混合对CMB的影响。我们表明，如果有非常undersense区域之间的我们和最后的散射表面，其中包含相干磁场（其强度可以是数量级弱于当前的界限），然后光子轴子混合可以引起可观察到的偏差的CMB频谱。具体来说，我们表明，混合可以引起非热点的CMB天空。作为一个例子，我们考虑众所周知的CMB冷点，根据普朗克数据有一个弱的扭曲，从一个黑体光谱，可以通过我们的模型。虽然这种对冷点区域非热性的解释相当有趣，但光子-轴子振荡并不能解释冷点本身的温度。尽管如此，我们证明了可能的敏感性的CMB超轻轴子，可以利用观察员。
2014-05-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Retrieving cosmological information from small-scale CMB foregrounds II. The kinetic Sunyaev Zel'dovich effect
地面望远镜的最新结果给出了小尺度上的CMB温度功率谱的高质量测量结果，激发了对前景精确模型的需求，前景在这些多极的主要信号中占据主导地位。在以前的工作中，我们已经表明，宇宙学信息可以从热SZ效应的功率谱中检索。在这项工作中，我们介绍了物理动机的宇宙学分析的CMB数据，这是在所有尺度上的一致性的再电离时代的模型。特别是，在高多极，动力学SZ（kSZ）效应的功率谱推断从一组宇宙学和再电离参数的机器学习算法。首先，在普朗克2018年数据分析中包括再电离历史的非对称参数化，我们检索了与先前结果一致的光学深度值，但源于完全不同的再电离历史，其中第一个光源早在$z=15$就点亮了。考虑到来自SPT的最新小尺度数据，并让宇宙学自由变化，我们发现，包括新的宇宙学相关的SZ光谱有助于通过打破其简并性来收紧对其振幅的约束。我们报告了在$\ell=3000$，$\mathcal{D}_{3000}^\mathrm{kSZ} = 3.4^{+0.5}_{-0.3}\,μ\mathrm{K}^2$在68%的置信水平，边缘化的宇宙学，以及上限的补丁信号从再电离$\mathcal{D}_{3000}^\mathrm{pkSZ}<1.6~μ\mathrm{K}^2$（95% C.L.）的kSZ信号的$5σ$测量。此外，我们发现，SPT数据有利于比普朗克稍早的再电离情景，导致$τ= 0.062 ^{+0.012}_…
2022-07-05 astro-ph.CO
Probing Decoupling in Dark Sectors with the Cosmic Microwave Background
宇宙微波背景辐射（CMB）温度和极化各向异性角功率谱中的声学峰作为探测对早期宇宙辐射密度有贡献的新的相对论粒子的性质的一个重要的探测器，由$ΔN_{eff}$参数化。声振荡的振幅和相位提供了额外物质是自由流动粒子（如中微子）还是紧耦合粒子（如光子）的信息，在CMB探测的时代。另一方面，标准模型的某些扩展产生了新的相对论性粒子，它们在中微子之后，但在光子之前，与自己的非引力相互作用解耦。我们研究了新的相对论性物种，在这个中间时代去耦的签名。我们认为，去耦物种将导致一个尺度依赖的变化的振幅和相移的声振荡，不同于通常的小尺度上的恒定的位移。对于中间去耦时间，相位和振幅的变化不仅取决于$ΔN_{eff}$，但红移$z_{dec,X}$在新的物种去耦。对于$ΔN_{eff} >0.334$，阶段IV CMB实验可以在百分比水平测定$N_{eff}$，在$\sim 10\%$水平测定$z_{dec,X}$。对于较小的值$ΔN_{eff}\sim 0.1$，对$z_{dec,X}$的约束减弱，但对$z_{dec,X} \sim \mathcal{O}(10^3-10^4)$保持$\sim 20-50\%$。作为一个应用程序，我们研究的贡献$ΔN_{eff}$和确定的$z_{dec,X}$值为简单的实现所谓的$N$自然度模型。
2018-07-01 astro-ph.CO hep-ph
Polarized anisotropic spectral distortions of the CMB: Galactic and extragalactic constraints on photon-axion conversion
我们重新审视了宇宙学的限制共振和非共振转换的光子在宇宙磁场的轴子。我们发现，对光子-轴子耦合和原始磁场的约束比以前声称的质量为$m_{\rm a} \lesssim 5\times 10^{-13}\,\text{eV}$的低质量轴子粒子弱得多。特别是，我们发现，轴子质量范围$10^{-14}\,\text{eV} \le m_{\rm a} \le 5\times 10^{-13}\,\text{eV}$不排除由CMB数据与以前的索赔。我们还研究了银河系磁场中的光子-轴子转换。在大尺度相干银河磁场中的共振转换导致质量范围为$10^{-13}\,\text{eV} \lesssim m_{\rm a} \lesssim 10^{-11}\,\text{eV}$的宇宙微波背景的$100\%$极化各向异性谱畸变。的极化图案的痕迹横向到视线的银河磁场的组成部分，而在银河磁场和电子分布的各向异性印记的光谱失真的特征各向异性图案。我们的结果适用于标量以及赝标量粒子。为了转换为标量粒子，偏振被$90^{\circ}$旋转，使我们能够将它们与伪标量区分开来。对于$m_{\rm a} \lesssim 10^{-14} \,\text{eV}$，我们有非共振转换的小尺度湍流磁场的银河系导致各向异性，但非偏振的光谱失真的CMB。这些独特的签名是对各向同性和非偏振信号的潜在判别，例如主CMB，以及具有…
2018-04-23 astro-ph.CO hep-ph hep-th
The Cosmology of Atomic Dark Matter
然而，为了确保成功的宇宙学，暗物质（DM）必须在宇宙历史的早期从标准模型等离子体中运动学解耦，它可以保持耦合到“暗辐射”浴，直到相对较晚的时代。一个实现这种情况的最小理论是原子暗物质模型，其中两个费米子在新的U（1）暗力下带相反的电荷，最初耦合到“暗光子”的热浴中，但最终重新组合成中性原子状的束缚态，并开始形成引力束缚结构。由于暗原子具有（暗）原子大小的几何截面，该模型也提供了一个自相互作用DM与速度相关的截面的例子。在这种情况下，延迟动力学解耦预测新的DM性能在小尺度上，但保留了冷DM在较大尺度上的成功。我们计算所需的原子物理学捕捉这个黑暗的部门的热历史，并显示显着的改进，需要在标准的原子氢计算。我们解决了玻尔兹曼方程，在这个模型中的宇宙学波动的演变，并详细地发现原子DM方案上的物质功率谱和宇宙微波背景（CMB）的影响。这种情况下印记一个新的长度尺度，暗声振荡（DAO）规模，对物质密度场。这个DAO尺度塑造了小尺度物质的功率谱，并决定了后期最小的DM晕质量，这可能比典型的WIMP场景大很多个数量级。这个模型必然包括一个额外的黑暗辐射分量，这可能是目前的CMB实验的青睐，我们量化CMB签名区分原子DM方案从标准的$Λ$ CDM模型包含额外的自由流动粒子。[删节]
2012-11-07 astro-ph.CO hep-ph
Measuring bulk motion of X-ray clusters via the kinematic Sunyaev-Zeldovich effect: summarizing the "dark flow" evidence and its implications
本文综述了近年来用X射线星系团作为示踪剂在超大尺度上测量到的奇特速度场。测量的基础是Sunyaev-Zeldovich（KSZ）效应的运动学分量，该效应是由热的团内气体宇宙微波背景（CMB）光子的康普顿散射产生的，并使用WMAP卫星获得的X射线选定的星团和全天CMB地图的大目录。该方法探测在簇位置处和其中CMB双折射贡献消失的孔径内评估的CMB温度场的偶极子，从而隔离由相干移动簇产生的KSZ效应剩余的信号。在至少~ 800 Mpc的深度处探测到一个非常重要的偶极子，这使人们对观测到的质量分布的引力不稳定性是探测到的运动的唯一-甚至是主要-原因的概念产生了怀疑。相反，它似乎可以延伸到整个可观测的宇宙。可能的影响包括限制时空及其景观的原始前暴胀结构的可能性，和/或需要修改目前已知的物理学（例如，从更高维的引力结构产生）。我们回顾这些可能性，在这里描述的测量，并特别讨论未来的测量和他们应该解决的问题的前景。我们解决这些大规模的速度测量的一致性与那些在较小的尺度上获得的研究使用星系作为示踪剂，并解决与最近的两个索赔的基础上修改CMB分析方案的差异。
2012-02-02 astro-ph.CO gr-qc
Neutrino non-standard interactions meet precision measurements of $N_{\rm eff}$
相对论性粒子数$N_{\rm eff}$已在标准模型中得到精确计算，并将在未来的CMB-S4中得到百分量级的测量。中性流的非标准相互作用会影响早期宇宙中中微子的退耦，从而改变$N_{\rm eff}$。在有效场论框架下，我们将这些算子参数化到7维，然后为碰撞项积分提供一个完整的、通用的和分析的字典。通过对$N_{\rm eff}$的精确测量，得到了6维矢量型中微子-电子算符的最严格约束，其标度被普朗克（CMB-S4）约束在195（331）GeV以上.我们发现我们的结果补充了其他实验，如中微子相干散射，中微子振荡，对撞机，和中微子深非弹性散射实验。
2021-03-29 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Neutrino self-interactions in post-reionization era: Lyman-$α$, 21-cm and cross-spectra
Indian Statistical Institute（印度统计研究所）
研究中微子自相互作用对重子声学波时代后物质功率谱的影响，通过Fisher矩阵分析预测未来观测任务的约束，发现Lyman-α与21厘米交叉相关能有效区分中微子相互作用信号，CMB+PUMA组合在两种模式下均提供最佳约束。
2026-08-24 astro-ph.CO hep-ph
Bias in the tensor-to-scalar ratio from self-interacting dark radiation
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET)（国家科学技术研究委员会）；Universidad Nacional de La Plata, Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas（拉普拉塔国立大学天体物理与地球物理学院）；Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Física（布宜诺斯艾利斯大学理学院物理系）；Departamento de Física, FCFM, Universidad de Chile（智利大学理学院和数学系物理系）
研究自相互作用暗辐射对原初B模信号和张量-标量比r估计的影响，指出忽略其相互作用可能导致显著偏差。
2026-01-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
