Relativistic Electron Scattering and Big Bang Nucleosynthesis
本文由Arxiv：1911.07334取代。大爆炸核合成（BBN）是约束早期宇宙物理的一个有价值的工具，也是辐射主导时代的唯一探测器。BBN的一个基本假设是，核速度分布服从麦克斯韦-玻尔兹曼统计，就像它们在恒星中一样。然而，在这封信中，我们指出，恒星的反应速率和BBN的反应速率之间存在着根本的区别。具体来说，BBN时代的特点是由一个稀释的重子等离子体的速度分布的核主要是由占主导地位的库仑散射温和的相对论性电子。这改变了核速度分布，并显著改变了热核反应速率，从而改变了轻元素丰度。我们发现，这一新的结果改变了所有以前的计算轻元素丰度从BBN，并确实加剧了BBN和推断的原始轻元素丰度之间的差异可能表明需要在早期宇宙的新物理。
2019-11-19 astro-ph.CO
Was the Universe Actually Radiation Dominated Prior to Nucleosynthesis?
也许不是弦论在超越标准模型和暴胀模型的建立上，一般都预测标量（模量）的存在，与量子引力的尺度相比，标量（模量）是轻的。这些模量从早期宇宙中的低能量极小值中位移，并导致BBN之前的物质主导时代延长。在本文中，我们研究非微扰效应，如参数共振或快子不稳定性是否可以缩短，甚至消除，模凝聚和物质主导的时代。这样的效果取决于至关重要的耦合的强度，我们发现，除非模量成为强耦合的物质主导的时代是不可避免的。特别是，我们发现，在弦和M-理论紧化的最轻的模量附近的TeV尺度，一个物质主导的时代将持续到大爆炸核合成的时间。
2017-06-26 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Probing dark photons in the early universe with big bang nucleosynthesis
我们计算了早期宇宙中暗光子质量范围和真空与标准模型光子耦合时暗光子的产生和衰变。同时，自洽与暗光子的产生和衰变，我们的计算包括弱去耦和大爆炸核合成（BBN）物理的完整治疗。这些计算包含了所有相关的弱、电磁和强核反应，包括电荷变化（同位旋变化）轻子俘获和衰变过程。它们揭示了暗光子的产生、衰变和相关的熵的非平衡输运到退耦中微子海中的丰富的相互作用。最重要的是，我们模拟的自洽性质使我们能够捕获熵注入和稀释的大小和相位。熵注入引起的时间-温度-标度因子关系在弱退耦和BBN期间的改变导致轻元素丰度产额和总辐射含量的变化（由$N_{\rm eff}$参数化）。这些变化表明了扩展先前暗光子BBN约束的方法。然而，我们的计算还确定了暗光子质量和耦合的范围尚未受到限制，但也许可以访问和可能的，在未来的阶段4宇宙微波背景实验和未来的高精度原始氘丰度测量。
2020-11-05 astro-ph.CO hep-ph
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
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
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
Primordial Nucleosynthesis: A Cosmological Probe
在早期的演化过程中，宇宙提供了一个实验室来探索高能的基础物理。早期时代的遗迹，例如宇宙诞生仅几分钟时在原始核合成过程中合成的轻元素，以及大约40万年后质子（和α粒子）和电子（重新）结合时最后散射的宇宙背景光子，可能被用来探测宇宙学和粒子物理学的标准模型。通过比较轻元素丰度的预测值和观测值，检验了原初核合成的内在一致性;通过比较原初核合成的宇宙学参数值和宇宙背景辐射的宇宙学参数值，探讨了标准模型的一致性。
2010-04-29 astro-ph.CO
Weak Interaction Rate Coulomb Corrections in Big Bang Nucleosynthesis
我们已经应用了一个完全相对论库仑波修正的弱反应在完整的Kawano/Wagoner大爆炸核合成（BBN）的代码。我们还加入了零温辐射校正。我们发现，使用这种更高的精度库仑校正结果与以前的工作很好的协议，给出了一个温和的0.04%的增加，氦的质量分数比以前在BBN计算中应用的校正处方。我们计算了这些修正对BBN中其他轻元素丰度产额的影响，并研究了这些产额与电子中微子轻子数的关系。这使得深入了解库仑校正的作用，在设置的中子质子比在BBN时代。我们发现，在库仑修正中，轻子俘获过程对这个比值的贡献仅为二阶。
2009-05-20 astro-ph.CO
Nucleosynthesis constraint on Lorentz invariance violation in the neutrino sector
我们研究了在大爆炸核合成时期之前和期间，中微子扇区中的核合成对洛伦兹不变性破坏的约束，这种破坏通过改变宇宙的能量密度和弱反应速率来影响轻元素的形成。导出了标准模型的Lorentz破坏扩展中的弱反应速率。利用原始氦-4和氘丰度的测量，我们给出了一个更严格的约束变形参数比来自测量的宇宙微波背景各向异性。
2013-06-10 astro-ph.CO hep-ph
Solution to Big-Bang Nucleosynthesis in Hybrid Axion Dark Matter Model
继最近的建议，轴子冷却的光子之间的核合成和重组时代在早期宇宙，我们研究了一个混合模型与轴子和遗物超对称粒子。在这个模型中，我们证明了7Li丰度可以与观测一致，而不会破坏氘丰度的重要一致性。
2012-02-25 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
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
Impact of non-standard neutrino-electron interactions on Big Bang Nucleosynthesis
Instituto de Física Corpuscular (IFIC), CSIC-Universitat de València（粒子物理研究所，西班牙科学理事会-巴伦西亚大学）；University of Turin, Physics department and INFN, Sezione di Torino（都灵大学，物理系和意大利国家核物理研究所，都灵分部）；Dipartimento di Fisica “Ettore Pancini”, Università degli studi di Napoli “Federico II”（费迪南德二世那不勒斯大学，“埃托雷·潘奇尼”物理学系）；INFN - Sezione di Napoli（意大利国家核物理研究所，那不勒斯分部）
本文研究非标准中微子-电子相互作用对大爆炸核合成的影响，比较了BBN与实验对NSI参数的限制，发现两者互补且可测试不同温度下的中微子物理。
2026-10-22 astro-ph.CO hep-ph
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
Big Bang Nucleosynthesis as a Probe of New Physics
大爆炸核合成（BBN）是膨胀宇宙中原始核转变的一个时代，在轻元素丰度中留下了可观察到的印记。这种丰度的精确观测，结合高精度的预测，提供了一个不平凡的测试热大爆炸和探测非标准的宇宙学和粒子物理学的情况。我们给出了一个概述的BBN敏感性不同类别的新物理：新的粒子或场的自由度，随时间变化的耦合，衰变或湮灭的大质量粒子导致非热过程，和催化的BBN带电遗物。
2010-11-04 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
Lepton asymmetry, neutrino spectral distortions, and big bang nucleosynthesis
本文计算了具有显著轻子数的早期宇宙中弱退耦核合成时期自洽耦合核反应的Boltzmann中微子能量输运。我们发现轻子不对称性的存在增强了引起非热中微子光谱畸变的过程。我们的研究结果揭示了如何在能量和熵密度的不对称性独特的演变为不同的运输过程和中微子的味道。中微子光谱的增强扭曲改变了预期的大爆炸核合成轻元素丰度相对于那些在标准费米-狄拉克中微子分布的情况下。这些产率，敏感的中微子能谱的形状，也敏感的相位的扭曲和熵流的增长与时间/比例因子。我们分析了这些问题，并推测了新的灵敏度范围的氘和氦的轻子数。
2017-03-05 astro-ph.CO hep-ph
Dark Sector Equilibration During Nucleosynthesis
轻的、弱耦合的暗扇区可能在早期宇宙中自然地解耦，并在原始核合成时期与标准模型浴平衡。暗区状态的平衡和最终的退耦改变了宇宙的膨胀率，从而改变了轻元素的预测丰度。这种效应可以包含在对$N_{\mathrm{eff}}$（中微子种类的有效数量）的随时间变化的贡献中，使得核合成期间的$N_{\mathrm{eff}}$不同于其在重组时的测量值。我们调查的影响，这种变化的轻元素丰度与模型无关的模板的时间依赖性的$N_{\mathrm{eff}}$，以及在特定的模型中，一个黑暗的部门与中微子或光子平衡。我们发现，显着修改的膨胀率与测量的轻核丰度是一致的，只要它们发生在特定时期的核合成。在约束具体模型时，宇宙微波背景和原始核合成的相对重要性高度依赖于模型。
2019-04-08 astro-ph.CO hep-ph
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
Big Bang Nucleosynthesis Hunts Chameleon Dark Matter
我们研究了大爆炸核合成（BBN）时期$F(R)$引力中的变色龙场暗物质，被称为\textit{scalaron}。通过引入$R^{2}$修正项来解决$F(R)$引力的奇异性问题，我们首次发现，在早期宇宙中，标量子动力学是由$R^{2}$项和变色龙机制共同控制的，这使得标量子物理模型与低能标度修正无关.在可行的$F(R)$暗能量模型，包括$R^{2}$校正，我们的分析表明，标量普遍演变的方式与反弹振荡的低能量修改的后期宇宙加速无关。因此，我们发现在BBN时代的标量质量的一个普遍的约束，反映在约束的耦合强度的$R^2$条款，这原来是更严格的比一个来自第五力实验。然后表明，标量子在BBN时代自然地产生足够小的波动，因此可以避免最新的普朗克2018数据所放置的当前BBN约束，并且还可以具有足够大的灵敏度以被BBN捕获，对轻元素丰度以及重子数密度分数进行更准确的测量。
2020-03-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The effective gravitational decoupling between dark matter and the CMB
本文在S。温伯格这些解决方案是有效的，在最小的LCDM的情况下，在微扰理论的一阶，在紧耦合限制和忽略中微子剪切应力。我们将它们与玻尔兹曼代码计算的精确数值解进行比较，我们发现两者非常一致。解析解明确表明，CDM和重子-光子流体有效地表现为单独的自引力流体，直到重子阻力的时代。这反过来又导致了一个令人惊讶的结论，即CMB对最小耦合暗物质模型的聚类特性的敏感性远远低于天真的预期。
2013-12-21 astro-ph.CO
The surprising influence of late charged current weak interactions on Big Bang Nucleosynthesis
早期宇宙中的弱相互作用带电电流过程（$ν_e+n\leftrightarrow p+e^-$，$\barν_e +p\leftrightarrow n+e^+$，$n\leftrightarrow p+e^-+\barν_e$）使中子和质子相互转换，对大爆炸核合成（BBN）轻元素丰度产额有重要影响，特别是对$^{4}{\rm He}$的影响。我们证明，这些过程的影响仍然是显着的，即使当他们运行远低于温度$T\sim0.7\,{\rm MeV}$通常调用“弱冻结”，实际上几乎到α粒子形成时代（$T \approx 0.1\,{\rm MeV}$）。这种物理现象在常用的BBN代码中被正确地捕捉到，尽管这种后期，低温持续的同位旋变化弱过程的影响，以及相关速率对轻子能量分布函数和阻塞因子的敏感性并没有得到广泛的重视。我们通过分析弱相互作用速率对中子寿命、轻子能量分布函数、熵、质子-中子质量差和哈勃膨胀率的依赖性来量化这种后期影响。我们在这里指出的效应使BBN成为任何超越标准模型的物理学的敏锐探测器，这些物理学改变了轻子数/能量分布，甚至微妙地改变了早期宇宙一直到$T=100\,{\rm keV}$附近的时代。
2016-07-10 astro-ph.CO hep-ph
Big Bang Nucleosynthesis with long-lived strongly interacting relic particles
研究了遗留的长寿命强相互作用大质量粒子（X粒子）对大爆炸核合成（BBN）的影响。X粒子被认为存在于BBN时期，但在检测到之前很久就衰变了。假设X与核子之间的相互作用强度与核子之间的相互作用强度相似。计算了X核的核反应和β衰变速率，并计算了中性带电X^0粒子存在下的BBN，同时考虑了核对X^0的俘获。因此，在相对较早的BBN时期，X^0粒子与正常核形成束缚态，导致重元素的产生。对X^0丰度的限制来自对原始轻元素丰度的观测。粒子模型预测寿命超过约200秒的长寿有色粒子被拒绝。这种情况更倾向于生产9Be和10B。因此，在这些元素的原始丰度上可能保留着X粒子的特征。总结了四种不同模型中轻元素丰度的可能签名。
2010-01-09 astro-ph.CO astro-ph.SR
Effects of pair freeze-out on photon distributions in BBN epoch
Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST)（蔚山科学技术院）；Soongsil University（崇实大学）；Incheon National University（仁川国立大学）；Hongik University（弘益大学）；Ewha Womans University（梨花女子大学）；Kyungpook National University（庆北国立大学）；Korea Astronomy and Space Science Institute（韩国天文学与空间科学研究所）
研究BBN时期光子分布非广延性演化，探讨成对碰撞对高频率光子数量的影响及原初等离子体非平衡态的可能形成。
2026-04-07 astro-ph.CO
Electron screening and its effects on Big-Bang nucleosynthesis
我们研究了大爆炸核合成时期电子屏蔽对核反应速率的影响。详细研究了预测元素丰度对电子屏蔽的敏感性。结果表明，电子屏蔽不会产生显着的结果，在丰度，除非传统的Debye-Hückel模型的处理在恒星环境中的电子屏蔽增强了几个数量级。目前的工作排除了电子屏蔽作为大爆炸核合成的相关成分，并排除了处理屏蔽的奇异可能性，超出了平均场理论的方法。
2010-12-23 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Cosmic Rays from Dark Matter Annihilation and Big-Bang Nucleosynthesis
PAMELA和ATIC实验对宇宙射线电子和正电子通量的测量表明存在具有大湮灭截面的湮灭暗物质。我们表明，大爆炸核合成时期的暗物质湮灭影响轻元素丰度，并给出了严格的约束，这种情况下的强子湮灭的暗物质的湮灭方案。对轻子湮灭暗物质模型的限制就不那么明显了。
2009-06-29 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Late Kinetic Decoupling of Light Magnetic Dipole Dark Matter
本文研究了轻磁偶极子（小于10 GeV）暗物质（DM）的动力学退耦.我们发现，目前的边界从对撞机，直接DM搜索，和结构的形成允许磁偶极子DM保持与早期宇宙等离子体的热平衡，直到迟的电子正电子湮没时代。这种后期动力学退耦导致最早期暗原晕的最小质量为数千太阳质量，而传统的弱尺度DM方案则为10^{-6}太阳质量。
2016-03-28 astro-ph.CO hep-ph
Probing Unification Scenarios with Big Bang Nucleosynthesis
Universidade de Lisboa（里斯本大学）；Centro de Astrofísica da Universidade do Porto（波尔图大学天体物理中心）；Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade do Porto（波尔图大学天体物理学与空间科学研究所）
本文扩展了BBN代码PRyMordial，用于约束广义统一理论，通过分析基本耦合的变化对精细结构常数α的约束，探讨了引力耦合变化的不同情景。
2026-04-06 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
Big Bang Nucleosynthesis constraints on higher-order modified gravities
我们使用大爆炸核合成（BBN）数据，以便对高阶修正引力施加约束，特别是：（i）分别通过使用二次曲率Gauss-Bonnet $G$项和二次曲率组合而产生的$f(G)$ Gauss-Bonnet引力和$f(P)$立方引力，（ii）耦合到介子场的弦激发的二次Gauss-Bonnet引力，（iii）具有弦启发的四次曲率修正的模型，以及（iv）运行真空模型。我们进行了详细的调查的BBN时代，我们计算的偏差相比，$Λ$ CDM范例的冻结温度$T_f$。然后，我们使用$ \left|\frac{δ{T}_f}{{T}_f}\right|$上的观测界，以提取各种模型的相关参数的约束。我们发现，所有的模型都可以满足BBN约束，因此它们构成可行的宇宙学场景，因为它们可以另外占暗能量部门和后期的时间加速，在定量的方式，而不会破坏在BBN时代的轻元素的形成。然而，所获得的相关模型参数的约束是相当强的。
2022-03-24 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Dark Before Light: Testing the Cosmic Expansion History through the Cosmic Microwave Background
宇宙膨胀的历史从广义上说是从辐射主导的时代到物质主导的时代再到加速的、暗能量主导的时代。我们研究在早期宇宙中是否可能存在间歇性的加速周期--在大爆炸核合成（BBN）和重组之间以及更远的地方。我们确定标准图像是非常可靠的：宇宙微波背景中各向异性的观测排除了1 \leq z \lesssim 10 ^5（对应于5 \times 10 ^{-4}\{\rm eV} \leq T \lesssim 25\{\rm eV}）之间任何额外的加速膨胀期。
2010-09-17 astro-ph.CO
Constraints on modified Gauss-Bonnet gravity during big bang nucleosynthesis
修正的引力被认为是对现在和早期宇宙加速膨胀的可能解释之一。研究了修正引力对大爆炸核合成的影响。如果在BBN时期修正重力的影响是显着的，它们应该被观察到的原始轻元素丰度的变化。我们假设在BBN时期期间具有高斯-邦内项$G$的$f(G)$项。对于函数$f(G)$，假设$df/dG \propto t^p$的幂律关系，其中$t$是宇宙时间。数值求解了$f(G)$重力模型中BBN过程中物理量的时间演化，并对计算结果进行了分析。发现在某些参数范围内，宇宙膨胀率的正确解可能会丢失。此外，我们表明，原始轻元素丰度的计算结果可以显着不同的观测数据。特别是，原始D丰度的观测极限导致对$f(G)$引力的最强约束。然后，我们推导出的$f(G)$重力的参数的限制，考虑到存在的解决方案的膨胀率和最终的轻元素丰度。
2015-07-20 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Insights into neutrino decoupling gleaned from considerations of the role of electron mass
我们目前的计算显示电子静止质量如何影响熵流，中微子去耦，大爆炸核合成（BBN）在早期宇宙。为了阐明这一物理，特别是BBN和相关时期的电子质量的敏感性，我们认为一个参数空间的静止质量值大于和小于公认的真空值。电磁平衡，加上早期宇宙的高熵，保证了大量的电子-正电子对存在，并在远低于真空电子静止质量的温度下控制电离电子的数量。电子-正电子和中微子之间的散射在很大程度上控制着熵从等离子体流向中微子海。此外，电子-正电子对靶的数密度对介质中的有效电子质量具有指数敏感性。这种熵流影响的定相的标度因子和温度，带电电流弱相互作用确定的中子质子比，和残余中微子能谱的光谱扭曲。我们的计算表明，这个时代的物理学的敏感性，三个独立的影响：有限的电子质量，有限温度量子电动力学（QED）的影响等离子体状态方程，和玻尔兹曼中微子能量输运。中微子与等离子体成分的能量比例在宇宙微波背景（CMB）的观测量中得到体现，即重子密度和辐射能量密度，以及原始氦和氘的丰度。我们的结果证明了如何处理介质中的电子质量（即，QED效应）可能会转化为从未来高精度CMB数据中提取中微子和超越标准模型物理极限的不确定性的重要来源。
2017-09-12 astro-ph.CO
Revisiting constraints on small scale perturbations from big-bang nucleosynthesis
通过对大爆炸核合成时期中子质子比冻结值的修正，重新讨论了小尺度密度扰动（$10^4\,\mathrm{Mpc}^{-1}\lesssim k \lesssim10^5\,\mathrm{Mpc}^{-1}$）的限制。在冻结温度$T\sim 0.5\,\mathrm{MeV}$附近，由于中微子退耦后进入视界的任何微扰都还没有扩散，宇宙可以被分成几个具有不同温度的局部斑块。考虑到这种情况，我们详细计算了冻结值。我们发现小尺度扰动降低了n-p比，与以前的工作相反。利用最新观测到的$^4$ He丰度，我们得到了曲率扰动对$Δ^2_\mathcal{R}\lesssim 0.018$在$10^4\,\mathrm{Mpc}^{-1}\lesssim k \lesssim 10^5\,\mathrm{Mpc}^{-1}$上的功率谱的约束.
2016-08-24 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
Review on Effects of Long-lived Negatively Charged Massive Particles on Big Bang Nucleosynthesis
本文回顾了大爆炸核合成（BBN）模型中涉及长寿命的带负电荷的大质量粒子$X^-$的重要反应，它比核子重得多。这个模型可以解释观测到的$^7$锂丰度的贫金属恒星，并预测原始$^9$ Be丰度大于标准的BBN预测。在BBN时期，原子核与$X^-$粒子复合。由于$X^-$的质量很大，所以束缚态$A_X$的原子尺寸与核尺寸一样小。对于$^7$ Li和$^{7,9}$ Be，非共振复合速率则由$d$波$\rightarrow$ 2 P跃迁控制. $^7$ Be的破坏通过与$X^-$的重组发生，随后是质子捕获，并且原始$^7$ Li丰度降低。此外，$^9$ Be的产生是通过$^7$ Li和$X^-$的重组，随后是氘捕获而发生的。由BBN反应网络计算约束$X^-$粒子的初始丰度和寿命。我们估计，推导出的参数区域的$^7$锂还原超对称或卡鲁扎-克莱因（KK）模型是允许的。我们发现无论是选择子，smuon，KK电子或KK μ子可能是候选人的$X^-$与$m_X\sim {\mathcal O}(1)$ TeV，而stau和KK tau不能。
2017-06-09 astro-ph.CO
Big bang nucleosynthesis and early dark energy in light of the EMPRESS $Y_p$ results and the $H_0$ tension
本文结合EMPRESS的Y_p测量与H_0张力，提出扩展标准宇宙学模型，并证明引入早期暗能量可缓解相关矛盾。
2022-11-17 astro-ph.CO hep-ph
Big Bang Nucleosynthesis Constraint on Baryonic Isocurvature Perturbations
研究了重子等曲率大扰动对大爆炸核合成（BBN）中氘（D）丰度的影响。我们发现，在BBN时期（$T\sim 0.1\,$ MeV）存在的大的重子等曲率扰动通过二阶效应改变了D丰度，这与最近精确的D测量一起，导致了重子等曲率扰动功率谱幅度的限制。所获得的对幅度的约束是尺度$k^{-1} \gtrsim 0.0025\,\text{pc}$的$\lesssim 0.016 \,(2σ)$。这为$0.1\,\text{Mpc}^{-1} \lesssim k \lesssim 4\times 10^8\, \text{Mpc}^{-1}$提供了最严格的一个。我们将BBN约束应用于弛豫稀薄生成的情形，在最后一个膨胀的$N_\text{last}$ $e$ -倍中产生大的重子等曲率扰动，我们得到了对$N_\text{last}$的约束。
2018-06-18 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on primordial magnetic fields from the optical depth of the cosmic microwave background
在后退耦时代，磁场通过双极扩散和磁流体动力学（MHD）湍流衰减而衰减，加热了星系际介质（IGM）。IGM中氢原子的延迟复合产生了宇宙微波背景（CMB）散射的光学深度。在$z\gg 10$产生的光学深度不影响低多极子下CMB偏振功率谱的“再电离凸点”，但影响高多极子下的温度和偏振功率谱。将解耦时期阻尼尺度上平滑的场的现今能量密度写成$ρ_{B,0}=B_{0}^2/2$，我们将$B_0$约束为谱指数$n_B$的函数。使用普朗克2013似然码，该码使用普朗克温度和透镜数据以及WMAP 9年偏振数据，我们分别找到了$n_B=-2.9$、$-2.5$和$-1.5$的$B_0<0.63$、0.39和0.18 nG的95%上限。对于这些光谱指数，光学深度主要是由耗散的衰减MHD湍流后不久发生的去耦时代。我们的限制是强于以前的限制忽略了电离历史的影响的领域。在加热的IGM中，CMB光子离开电子的逆康普顿散射使CMB的热谱失真。我们对$B_0$的限制意味着在后去耦时代由场耗散引起的$y$型畸变应该分别小于$10^{-9}$、$4\times10^{-9}$和$10^{-9}$。
2015-05-24 astro-ph.CO
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
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
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 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
Revisiting Big-Bang Nucleosynthesis Constraints on Long-Lived Decaying Particles
我们研究了大爆炸核合成（BBN）时期衰变的长寿命大质量粒子对轻元素原始丰度的影响。与以前的研究相比，（i）更新了标准BBN反应的反应速率，（ii）使用了最新的轻元素丰度和宇宙学参数观测数据，（iii）考虑了高能核子与背景核非弹性散射时的相互转换效应，（iv）高能反核子引起的强子簇射效应。我们比较了最新的观测约束的轻元素的原始丰度的理论预测，并推导出作为其寿命的函数的衰变粒子的遗迹丰度的上界。我们还将我们的分析应用到不稳定的引力子，超对称理论中引力子的超伙伴，并得到膨胀后的再加热温度的约束。
2018-12-03 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on Vacuum Energy from Structure Formation and Nucleosynthesis
基于宇宙结构在被宇宙最终加速冻结之前形成的要求，本文推导了暗能量密度$ρ_{\scriptstyleΛ}$的上限。通过考虑宇宙学参数和引力强度的变化，所得到的约束是对以前极限的概括。考虑的具体参数包括原始密度波动的幅度$Q$、普朗克质量$M_{\rm pl}$、重子-光子比$η$和密度比$Ω_M/Ω_b$。除了结构的形成，我们使用恒星结构和大爆炸核合成（BBN）的考虑来约束这些量。由此产生的暗能量无量纲密度的上限成为$ρ_{\scriptstyleΛ}/M_{\rm pl}^4<10^{-90}$，这是$\sim30$数量级大于我们宇宙中的值$ρ_{\scriptstyleΛ}/M_{\rm pl}^4\sim10^{-120}$。这个新的限制比以前的限制少得多，因为允许改变其他参数。有了这些概括，更广泛的宇宙可以发展宇宙结构并支持观察者。为了约束的组成参数，新的BBN计算进行的制度，$η$和$G=M_{\rm pl}^{-2}$是远远大于我们的宇宙。如果BBN时代将所有的质子都处理成更重的元素，那么就不会留下氢来制造水，宇宙也就无法生存。然而，我们的研究结果表明，即使在$η$和$G$极大的条件下，也总是会有一些氢残留下来，因此，大范围的交替宇宙都是潜在的宜居宇宙。
2017-01-14 astro-ph.CO
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
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
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
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
Resonant high energy graviton to photon conversion at post recombination epoch
本文研究了高能引力子在大尺度宇宙磁场中后复合时的共振转换。结果表明，共振光子产生的几率比非共振光子产生的几率高得多。因此，可能会产生可观测到的宇宙伽马射线各向同性背景。正如我们先前的论文所表明的，在大爆炸核合成（BBN）之前的早期原初黑洞（PBH）可能是高频引力波的有效来源。对于质量约为$10^8$ g的原始黑洞，产生的光子将是软到硬宇宙X射线背景（CXB）的主要成分，对于较低的质量，光谱向下移动到紫外和光学。
2013-05-08 astro-ph.CO gr-qc
Big Bang nucleosynthesis and baryogenesis in power-law $f(R)$ gravity: Revised constraints from the semianalytical approach
本文研究了$\mathscr{L}=\varepsilon^{2-2β}R^β+{16π}m_P^{-2}\mathscr{L}_m$引力场中的原初核合成，其中$\varepsilon$是平衡场方程维数的常数，$1<β<(4+\sqrt{6})/5$是能量密度和温度为正的常数.从半解析方法出发，详细分析了$β$对中微子退耦、冻结温度和核子浓度、氘瓶颈打开以及$^4$ He丰度的影响，并将$β$约束为$\varepsilon=1$（1/s）和$1<β<1.001$（$\varepsilon=m_P$（普朗克质量））.作为对经验方法的补充，用非标准原始核合成的模型无关的最佳拟合公式计算了最轻元素（D，$^4$ He，$^7$ Li）的丰度，并找到了对应于额外中微子$0< ΔN_ν^{\text{eff}} \leq 0.6365$的约束$1< β\leq 1.0505$;同时，对于$β$的这个区域，$^7$ Li的丰度问题不能用$\mathscr{L}=\varepsilon^{2-2β}R^β+{16π}m_P^{-2}\mathscr{L}_m$引力来解决.最后，估计了与引力重子生成机制的一致性。
2015-11-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A New Era in Extragalactic Background Light Measurements: The Cosmic History of Accretion, Nucleosynthesis and Reionization
（简要概述）自复合时代以来，宇宙的总辐射含量是多少？河外背景光（EBL）光谱捕获了宇宙历史上第一个恒星物体、原星系和星系释放的红移能量。然而，我们还没有确定河外天空从紫外/光学到远红外波长的亮度，其准确度足以确定宇宙的辐射含量超过一个数量级。在许多科学主题中，对从光学到远红外波长的EBL光谱的精确测量将解决：在宇宙历史上恒星核合成释放的总能量是多少？非恒星过程释放了大量能量吗？从光学到亚毫米的任何地方，EBL都有漫射成分吗？第一颗恒星是什么时候出现的？再电离时期的亮度如何？绝对光学到中红外EBL光谱的天体物理学上有趣的精度可以建立宽场成像在5AU的距离或以上的黄道平面，其中黄道前景减少了两个以上的数量级。
2009-02-13 astro-ph.CO astro-ph.IM
Big Bang Nucleosynthesis constraints on Barrow entropy
我们使用大爆炸核合成（BBN）的数据，以施加约束的巴罗熵的指数。后者是一种扩展的熵关系，它是由量子引力对黑洞结构的影响所引起的，并由新的参数$Δ$有效地参数化。当考虑在宇宙学框架下，并根据引力热力学猜想，巴罗熵导致修改宇宙学的情况下，弗里德曼方程包含额外的条款。我们对BBN时代进行了详细的分析，并计算了冻结温度与标准宇宙学结果的偏差。我们使用观测确定的$ |\frac{δ{T}_f}{{T}_f}|$上界，以提取上界的$Δ$。我们发现，Barrow指数应该在$Δ\lesssim 1.4\times 10^{-4}$的范围内，以便不破坏BBN时期，这表明标准的Bekenstein-Hawking表达式的变形应该很小。
2020-10-02 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Primordial nucleosynthesis with varying fundamental constants: Solutions to the Lithium problem and the Deuterium discrepancy
原始核合成的成功受到长期存在的锂问题的限制。我们使用自洽微扰分析的影响，相关的理论参数对原始核合成，包括自然界的基本常数的变化，探索问题及其可能的解决方案，在最新的观测和理论建模的背景下。我们量化了解决锂问题所需的消耗量，并表明恒星中化学元素的传输过程能够解释它。具体来说，原子扩散，旋转和穿透对流的组合使我们能够重现第二星族恒星的锂表面丰度，从原始锂丰度开始。我们还表明，即使有这个损耗因子，在这个时代的精细结构常数的值是一个偏好，大于目前的实验室百万分之几的相对变化，在两个到三个标准偏差的统计意义。这种偏好是由最近注意到的从宇宙微波背景和原始核合成分析推断的重子-光子比（或等价的氘丰度）的最佳拟合值之间的差异驱动的，并且对氦-4丰度很大程度上不敏感。因此，我们得出结论，锂问题很可能有一个天体物理学的解决方案，而氘的差异提供了一个新的物理学的可能线索。
2021-06-26 astro-ph.CO hep-ph
Nuclear reaction rates and the primordial nucleosynthesis
大爆炸核合成（BBN）中元素原始丰度的理论预测受到输入核反应速率的不确定性的支配。我们调查的效果修改这些反应速率轻元素丰度产率在BBN取代现有的88个反应速率的35。我们已经研究了这些产率作为演化时间或温度的函数。我们发现，使用这些新的反应速率的结果，在氦的质量分数只有一点点增加，在BBN计算中得到以前。这允许洞察的作用，核反应速率在设置的中子质子比在BBN时代。我们观察到，即使有相当大的核物理的不确定性，这些核反应中的大多数具有最小的影响，标准的BBN丰度产额的$^6$锂和$^7$锂。
2011-11-15 astro-ph.CO nucl-ex nucl-th
