Effects of neutrino mass and asymmetry on cosmological structure formation
轻但质量大的宇宙学中微子在小尺度上不会聚集，因为它们的热速度很高。由于质量有限，宇宙学中微子成为总物质场的一部分，并有助于其平滑。因此，与标准$Λ$ CDM宇宙学中的无质量中微子相比，在有质量中微子存在下的结构形成受到阻碍。中微子的质量也扭曲了宇宙微波背景（CMB）的各向异性功率谱。此外，宇宙学中微子的有限化学势$μ$（目前的数据仍然允许）将对CMB和结构形成产生不可忽略的影响。我们一贯的中微子质量和化学势的影响，通过使用中微子参与的N体模拟的物质功率谱，宇宙学参数从马尔可夫-钱的Moonte-Carlo（MCMC）改装CMB数据。我们的研究结果表明，虽然有限的平均中微子质量$m_ν$倾向于抑制在波数范围内的物质功率谱，中微子简并参数${ξ_i \equiv μ_i /T}$（$i=$ 1，2，3）增强后者，导致一个大的参数简并之间的$m_ν$和$ξ_i$。我们提供了一个经验公式的影响，在选定的范围内的$m_ν$和$η\equiv \sqrt{\sum_i ξ^2_i}$引起的波数的物质功率谱。观察到$m_ν$和$η$之间的强相关性，我们提出了一个与红移无关的参数$m_ν- \frac{4}{3}η^2$来表征中微子对物质功率谱的影响。
2019-03-07 astro-ph.CO
A new approach to cosmological structure formation with massive neutrinos
我们展示了如何牛顿宇宙学模拟可以用来调查两个粒子物种的非线性演化在相对论的背景下。我们讨论了大质量中微子和其他多物种系统，如冷暗物质（CDM）加重子或暖暗物质（WDM）的应用。我们提出了一种方法，使我们能够进行模拟，包括大量的中微子和广义相对论效应在几乎相同的计算成本，普通CDM只有N体模拟，采用量身定制的初始条件和字典的解释模拟输出。
2019-01-09 astro-ph.CO
Is there evidence for additional neutrino species from cosmology?
最近的宇宙学和味振荡数据表明，除了粒子物理学标准模型预测的三种中微子之外，还有其他中微子存在。我们应用贝叶斯模型选择，以确定是否确实有任何证据，从目前的宇宙学数据集的标准宇宙学模型扩展到包括额外的中微子口味。所采用的数据集包括宇宙微波背景温度、偏振和透镜功率谱、重子声学振荡尺度和哈勃常数的测量。我们还考虑了标准中微子模型的其他扩展，如大质量中微子，以及其他宇宙学参数可能的简并。贝叶斯证据表明，目前的宇宙学数据不需要任何非标准的中微子性质。
2013-04-19 astro-ph.CO
Modified Baryonic Dynamics: two-component cosmological simulations with light sterile neutrinos
在这篇文章中，我们继续测试宇宙学模型为中心的修正牛顿动力学（MOND）与轻不育中微子，这可能是一种方法，以解决星系尺度上的标准模型的微调问题，同时保持更大尺度上的成功预测。由于简单MOND宇宙学模型以前的失败，在这里我们测试一个推测模型，其中修改后的引力场只由重子产生，而不育中微子产生一个纯牛顿场（因此修改后的重子动力学）。我们使用两个组件的宇宙学模拟分离重子N体粒子的不育中微子。其前提是要减弱大质量星系团晕的过度产生，这些晕在最初的MOND加轻不育中微子方案中很普遍。尽管这样一个公式的理论问题，修改重子动力学模型未能产生正确的振幅的星系团质量函数的任何合理的值的原始功率谱归一化。
2014-07-04 astro-ph.CO
Cosmological Simulations with Massive Neutrinos: Efficiency and Accuracy
本文提出一种高效的半线性中微子质量响应N体方法，并集成于并行模拟代码CUBE 2.0中，通过系列模拟精确量化中微子质量对非线性功率谱和晕统计的影响。
2025-07-07 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
(Lack of) Cosmological evidence for dark radiation after Planck
我们使用贝叶斯模型比较，以确定是否扩展标准模型中微子物理-主要是额外的有效数量的中微子和/或大质量中微子-值得最新的宇宙学数据。鉴于普朗克数据所代表的宇宙微波背景（CMB）观测的重大进展，我们研究普朗克温度和CMB透镜数据，结合较低的红移数据，是否加强（或削弱）以前的发现。我们的结论是，最先进的宇宙学数据没有显示出偏离标准宇宙学模型（有三个无质量中微子家族）的证据。这并不意味着模型一定是正确的--事实上我们知道它是不完整的，因为中微子不是无质量的--但它确实意味着偏离标准模型（例如，非零中微子质量）与目前的实验不确定性相比太小，无法单独从宇宙学数据推断。
2013-09-10 astro-ph.CO
Simulating cosmological supercooling with a cold atom system
我们进行分析的过冷状态的模拟早期宇宙相变的基础上的一维，两个组件的玻色气体。我们证明，在组件之间的相对相位的热波动是相对论热系统的特征。此外，我们证明了两种不同的方法的亚稳态的衰变的等价性：特别是一个非微扰热瞬子计算和随机Gross-Pitaevskii模拟。
2020-09-10 astro-ph.CO cond-mat.quant-gas hep-th
What is half a neutrino? Reviewing cosmological constraints on neutrinos and dark radiation
中微子是现代物理学的主要难题之一。尽管有质量差的测量，粒子物理学的标准模型将它们描述为完全没有质量。此外，粒子物理实验和宇宙学的最新测量表明，存在着不止三种标准模型物种。在这里，我们回顾宇宙学的证据及其可能的解释。
2013-01-29 astro-ph.CO hep-ph
Constraint on Neutrino Statistics from Cosmological Data
本文利用CMB和BAO等宇宙学数据约束中微子统计性质，发现纯玻色性中微子在95%置信水平上被排除，纯费米性中微子更受青睐。
2025-07-02 astro-ph.CO hep-ph
Status of neutrino properties and future prospects - Cosmological and astrophysical constraints
宇宙学观测是对中微子性质，特别是其质量的有力探测。本文首先讨论了中微子在背景和微扰水平上对宇宙学演化的影响，并描述了中微子对宇宙学观测量如宇宙微波背景和大尺度物质分布的影响。然后，我们提出了最先进的关于中微子质量的约束，从这些可观测的，也审查了未来的实验前景。我们还简要地讨论了从宇宙学确定中微子等级的前景，与实验室实验的互补性，以及中微子性质超出其质量的限制。
2017-12-19 astro-ph.CO hep-ph
An Efficient Method for Simulating Light Curves of Cosmological Microlensing and Caustic Crossing Events
最近，随着在星系团场中探测到几个焦散线交叉事件，打开了一个在宇宙学距离上观测单个恒星和其他小源的新窗口。预计很快将有更多这样的活动，从专门的运动与\emph{Hubble Space Telescope}和从\emph{James Webb Space Telescope}。这些事件不仅可以告诉我们透镜源本身的信息，例如单个的高红移恒星、星团或吸积盘，而且通过它们的光变曲线，它们还包含了透镜的点质量函数的信息，从而潜在地包含了暗物质的组成。我们在这里提出了一个简单的方法来模拟这种事件的光变曲线，即，当光源扫过由嵌入在透镜临界区域周围的微透镜产生的焦散线网络时，光源的视在幅度的变化。该方法是递归的，因此原则上可以容纳任何合理大小的小源，直到亚太阳尺度。我们比较的方法，我们称之为\emph{Adaptive Boundary Method}，与其他常见的方法，如简单的逆射线拍摄，并证明它是显着更有效和准确的小源和高放大率的制度的利益。该代码的\textsc{python}版本以开源方式公开提供，用于模拟未来事件。
2022-08-12 astro-ph.CO astro-ph.IM
Efficiently Extracting Energy from Cosmological Neutrinos
探测形成宇宙中微子背景（CNB）的极低能量中微子提出了许多实验挑战，但追求这个难以捉摸的目标仍然是值得的，因为这些弱相互作用粒子可以为早期宇宙的结构和组成提供新的窗口。这份报告探讨了宇宙学中微子是否可以将足够的能量沉积到目标系统中，以便用当前测辐射热技术的合理扩展来探测。虽然宇宙学中微子的宏观波长可以大大增强它们与致密目标的截面，但只有当它们将每个中微子的动能的很大一部分转移到探测器系统中时，这种相互作用才能被探测到。我们发现，一个大阵列的密集的目标质量耦合到合适的运动敏感电路可能会满足这两个条件，从而可能能够作为一个更实用的宇宙学中微子探测器的基础。
2013-08-20 astro-ph.CO astro-ph.IM
Improved cosmological bounds for a fine-tuned see-saw mechanism of keV sterile neutrinos
考虑规范模型SU（2）_LxU（1），用右手无菌Majorana中微子扩展轻子扇区，我们区分了一个6 × 6轻（活性）和无菌中微子的完全矩阵的“最小参数混合方案”，它除了依赖于实验测量的物理参数外，只依赖于无菌中微子的质量。对于这样一种情况，改进的宇宙学边界提供，从不育中微子的寿命和不育中微子暗物质携带的能量的一部分。
2022-12-20 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on massive sterile neutrino species from current and future cosmological data
惰性大质量中微子是基本粒子标准模型的自然延伸。额外的无菌质量态的能量密度影响宇宙学测量的方式与活跃中微子的方式类似。我们在这里进行的分析，目前的宇宙学数据，并推导出的活动和不育中微子状态的质量以及不育状态的数量上的界限。当只考虑宇宙学数据时，所谓的（3+2）模型中有三个亚eV的活动质量中微子和两个亚eV的大质量惰性中微子，这完全在95%的CL允许范围内。如果两个额外的无菌状态在去耦时具有热丰度，那么大爆炸核合成边界会损害（3+2）模型的可行性。从未来的宇宙学数据的活动和不育中微子参数的预测。对氚β衰变实验中的中微子质量和哈勃常数的独立测量可以揭示亚电子伏特的大质量无菌中微子的情况。
2011-12-20 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological bounds on neutrino statistics
我们认为违反了中微子的泡利不相容原理的唯象影响，集中在宇宙学观测，如宇宙微波背景各向异性，重子声学振荡和轻元素的原始丰度的频谱。行为（至少部分）像玻色子粒子的中微子有一个修改的平衡分布函数，这意味着对宇宙演化的不同影响，在大质量中微子的情况下，不能简单地通过中微子有效数量的变化来参数化。我们的结果表明，尽管现有的宇宙学数据的精度，只有非常弱的界限可以得到中微子的统计，不利于一个更玻色子行为小于$2σ$。
2018-02-13 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological constraints on sterile neutrino oscillations from Planck
粒子物理学实验和宇宙学调查都可以限制无菌中微子的性质，但这样做的参数不同，自然使用不同的先验信息。我们提出了联合约束的3 $+$ 1不育中微子模型振荡参数，$Δm_{41}^2$和$\sin^22θ$，这些参数的对数先验使用主要是从普朗克卫星的宇宙学数据。考虑了两种情况，一种是无菌中微子只与电子中微子混合，另一种是无菌中微子只与μ子中微子混合，这使得我们能够限制混合角$\sin^22θ_{14}$和$\sin^22θ_{24}.$。我们发现，宇宙学数据与来自LSND和MiniBooNE实验的一些振荡通道的无菌中微子的强烈暗示不一致。假设无菌中微子与单一中微子混合。我们还预测了未来CMB实验应该能够探测$Δm_{41}^2$和$\sin^22θ$的灵敏度。
2019-07-25 astro-ph.CO hep-ex
Cosmological singlet diagnostics of neutrinophilic dark matter
粒子物理学的标准模型通过增加一个纯亲中微子暗区而得到扩展。结果表明，把标准模型中微子当作暗辐射的理论复活了。无菌中微子连接可见光区和暗区，即使在大爆炸核合成时代之后，它们之间的相互作用仍然有效。这种暗物质和标准模型中微子之间的长期接触解决了宇宙学标准模型中众所周知的小尺度结构问题。这项工作中提出的暗区满足粒子物理学和宇宙学的所有实验和观测约束。
2018-07-23 astro-ph.CO hep-ph
Unstable Neutrinos can Relax Cosmological Mass Bounds
目前，轻中微子的质量是宇宙学探测中最严格的限制。特别是普朗克合作报告$ \sum m_ν\leq 0.12\,\mathrm{eV}$在$95\%$ CL内的标准宇宙学模型。这比实验室搜索产生的强一个数量级以上。表面上的宇宙学界限排除了过多的中微子味模型，这些模型可以成功地解释中微子振荡数据。然而，宇宙学束缚的间接性质允许，如果中微子在比宇宙年龄$τ_ν\leq t_U$更短的时间尺度上衰变，那么束缚可以放松到$ \sum m_ν\sim 1\,\mathrm{eV}$。我们提出了如何衰减类型$ν_i\toν_4ϕ$可以实现在一般模型的最小扩展的跷跷板框架。这个想法，然后明确实现的上下文中的$U(1)_{μ-τ}$风味模型。
2022-05-15 astro-ph.CO hep-ph
$ν\scriptstyle{\rm CO}N{\rm CEPT}$: Cosmological neutrino simulations from the non-linear Boltzmann hierarchy
本文从概念上研究了大质量中微子对宇宙结构的非线性效应。在$N$ -体模拟中，我们求解了中微子在实空间网格上的非线性连续性方程和Euler方程，并利用线性理论中的应力和压力微扰，在非线性Euler方程处封闭了Boltzmann族。通过与现有的宇宙学中微子模拟结果的比较，我们能够非常准确地模拟出非线性中微子的功率谱。这转化为物质功率谱中可以忽略的误差，因此我们的$\scriptstyle{\rm CO}N{\rm CEPT}$代码非常适合从未来的高精度非线性观测探测器（如欧几里得）中提取中微子质量。
2022-03-01 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino Properties and the Cosmological Tensions in the $Λ$CDM Model
在这次演讲中，我将回顾宇宙学测量对中微子性质的约束的现状，特别关注它们的质量和有效数。我也将讨论在\lcdm \模型的背景下存在的紧张局势，包括哈勃参数和小尺度物质波动的差异，以及中微子如何有助于缓解上述问题。
2018-12-03 astro-ph.CO hep-ph
Simulating cosmological supercooling with a cold atom system II
我们进行了分析的过冷状态的早期宇宙相变的基础上的一个一维的，两个组件的玻色气体与时间相关的相互作用的模拟。我们证明了该系统的行为方式相同的热，相对论玻色气体进行一级相变。我们提出了一种方法来准备在亚稳相的系统的状态作为一个模拟在早期宇宙的过冷。虽然我们表明，在系统中的参数共振可以抑制热阻尼，我们发现，在我们的模型中的理论估计的热阻尼太弱，抑制现实的实验参数的共振。然而，我们建议在实验中研究有效阻尼率的实验是值得的。
2021-04-15 astro-ph.CO cond-mat.quant-gas hep-th
Cosmological radiation density with non-standard neutrino-electron interactions
中微子和电子之间的非标准相互作用（NSI）可以显著地改变中微子与等离子体的退耦。这些相互作用对整个图景有两个影响：（i）它们通过物质效应改变了中微子振荡;（ii）它们改变了中微子、电子和正电子的散射和湮灭过程。我们研究了非普适和变味NSI在退耦中的作用，以及它们如何影响中微子有效数$N_{eff}$的确定。我们研究NSI参数之间的简并性，并将未来宇宙学调查的预期灵敏度与目前陆地实验的限制进行比较。我们概述了这两种方法之间的互补性。
2021-10-19 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino masses, cosmological bound and four zero Yukawa textures
四个零中微子汤川纹理在一个指定的弱基，结合$μτ$对称性和I型跷跷板，产生一个高度约束和预测计划。两个交替可行的$3\times3$轻中微子马约拉纳质量矩阵$m_{νA}/m_{νB}$结果与反转/正常的质量排序。中微子质量，马约拉纳的性质和预测在一定范围内与实验室和宇宙学的投入，将有其总和宇宙探测。$0νββ$的衰变率，虽然一般低于计划的实验范围，但在某些参数范围内可以接近它。偏离$μτ$对称性，由于RG从高尺度演化和随之而来的CP破坏，Jarlskog不变量的幅度几乎可以达到$6\times 10^{-3}$，进行了探讨。
2011-10-18 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological and Astrophysical Neutrino Mass Measurements
宇宙学和天体物理学的测量提供了强有力的中微子质量的限制，补充了加速器和反应堆的限制。在这里，我们为这些不同的探测器提供了一个指南，每个解释其物理基础，基本假设，当前和未来的范围。
2011-03-25 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino mass from Cosmology
中微子可以在宇宙的演化中发挥重要作用，修改一些宇宙学观测值。在这篇文章中，我们总结了宇宙学遗迹中微子的主要方面，我们描述了目前的宇宙学数据的精度可以用来了解中微子的属性，特别是它们的质量，提供补充信息的β衰变和中微子双β衰变实验。我们展示了如何分析当前的宇宙学观测，如各向异性的宇宙微波背景或大尺度结构的分布，提供了一个上限的总和中微子质量的顺序为1 eV或更少，从未来的宇宙学测量，预计将是敏感的中微子质量以及到亚eV范围内的非常好的前景。
2012-12-26 astro-ph.CO hep-ph
Constraining dynamical neutrino mass generation with cosmological data
我们研究的模型中，中微子的质量是在宇宙学后期动态生成的。我们的研究是纯粹的现象学和参数化的三个有效的参数表征红移的质量产生，过渡区的宽度，和现今的中微子质量。我们还研究了中微子在产生质量的时候成为强自相互作用的可能性。我们发现，在一些情况下，目前的CMB，BAO和超新星的数据允许与大的中微子质量的模型。允许质量范围的增加使得在直接探测实验中测量非零中微子质量成为可能，例如KATRIN。有趣的是，我们还发现，有允许的模型中，中微子成为强烈的自相互作用的时代周围的重组。
2017-10-02 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
Cosmological bounds on tachyonic neutrinos
最近在OPERA中微子振荡实验中对μ子中微子的飞行时间测量发现，与光的旅行时间相比，μ子中微子的飞行时间非常短，对应于超光速，单位为$c=1$的$v-1=2.37\pm0.32\times 10^{-5}$。我们表明，宇宙学的界限排除了一个解释涉及洛伦兹不变的快子中微子。在OPERA能量标度下，核合成约束意味着$v-1<0.86\times 10^{-12}$，宇宙微波背景观测意味着$v-1<7.1\times 10^{-23}$。CMB对能量为10 MeV的快子速度的限制比SN 1987A的限制更强。在粒子加速器的能量尺度上可以观测到的超光速中微子必须与洛伦兹对称性破坏相关联。
2012-01-16 astro-ph.CO hep-ph
Synergy between cosmological and laboratory searches in neutrino physics
本文探讨宇宙学与实验室中微子搜索的协同效应，指出两者结合可更敏锐地探测中微子相关新物理及BSM，并举例说明交汇研究的前景。
2023-12-26 astro-ph.CO hep-ph
How to relax the cosmological neutrino mass bound
研究了宇宙中微子非标准动量分布对宇宙微波背景各向异性谱和大尺度结构物质功率谱的影响。我们表明，中微子分布几乎没有独特的可观察到的印记，因为它几乎是完全退化的中微子味，$N_{\mathrm{eff}}$的有效数量，和中微子的质量，$m_ν$。利用当前的宇宙学数据进行马尔可夫链蒙特卡罗分析，我们证明了中微子的质量约束严重依赖于假设的遗留中微子的动量分布。这项工作的信息很简单，而且据我们所知，以前没有明确指出过：宇宙学允许中微子有更大的质量，如果它们的平均动量大于完美热分布的平均动量。在这里，我们提供了一个例子，其中的质量限制放宽了两倍。
2019-05-29 astro-ph.CO hep-ph
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 radiation density with non-standard neutrino-electron interactions
中微子与电子的非标准相互作用（NSI）被认为会改变中微子与宇宙等离子体脱钩的图像。NSI通过物质效应修改了味振荡，以及热等离子体中中微子与电子和正电子之间的湮灭和散射。鉴于即将到来的宇宙学观测，我们进行了非普适和变味NSI的中微子的有效数，$N_{eff}$的影响的精确研究。我们介绍了由不同NSI参数引起的$N_{eff}$的变化，并讨论了它们之间现有的简并性，无论是从宇宙学角度还是与地球实验的当前边界的关系。尽管宇宙学对NSI的敏感性一般不如这些实验，但我们发现，未来的宇宙学数据将为一些耦合及其组合提供竞争性和互补性约束。
2021-05-17 astro-ph.CO hep-ph
Measuring dark matter-neutrino relative velocity on cosmological scales
提出了一种利用暗物质-中微子相对速度测量中微子质量的新方法。暗物质与中微子的相对运动产生宇称奇双谱，可以通过不同宇宙场的互相关来测量。这种新方法不受大多数系统学的影响，不受宇宙微波背景光学厚度知识的限制。我们估计了相对速度效应的可探测性，发现中微子质量的最小总和可以在即将到来的调查中被检测到。
2020-02-15 astro-ph.CO hep-ph
Combining Experimental and Cosmological Constraints on Heavy Neutrinos
本文研究了质量介于π介子和W玻色子之间的三个右手中微子对标准模型的扩展的实验和宇宙学约束。我们第一次结合直接，间接和宇宙学的限制在这个质量范围内。这包括来自中微子振荡数据、无中微子双$β$衰变、电弱精确数据、轻子普适性、寻找稀有轻子衰变、CKM么正性测试以及过去在对撞机或固定靶实验上的直接搜索的实验约束。在宇宙学方面，大爆炸核合成具有最显著的影响。我们的研究结果可以用来评估在LHCb，BELLE II，SHiP，ATLAS，CMS或未来的轻子对撞机上寻找重中微子的发现潜力。
2017-08-03 astro-ph.CO hep-ex 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
Detecting the Neutrinos Mass Hierarchy from Cosmological Data
我们提出了一个新的参数化测量中微子质量等级，即$Δ=(m_3-m_1)/(m_1+m_3)$，它是无量纲的，并在范围$[-1,1]$变化。考虑到中微子振荡实验的结果，$Δ$是确定所有中微子质量的唯一参数，$Δ$的正（负）号表示正常（倒置）质量等级。采用现有的宇宙观测资料，我们发现正常质量等级略受青睐，在$95\%$置信水平下，最轻中微子的质量在正常质量等级下小于$0.030$ eV，在反向质量等级下小于$0.024$ eV.
2016-11-16 astro-ph.CO hep-ph
Flavour composition and entropy increase of cosmological neutrinos after decoherence
我们认为宇宙中微子与统计均匀、各向同性的时空涨落的引力相互作用导致了退相干。这个工作假设，我们描述的Lindblad运营商的装置，适用于系统的两个和三个味中微子进行真空振荡和后果进行了调查。由于这种退相干，我们发现中微子熵将作为初始光谱畸变，混合角和CP破坏相位的函数增加。随后，我们将讨论在观测上（原则上）发现这种增加的机会。我们还提出了预期的味道组成的宇宙中微子背景消相干完成后。宇宙学中微子的二味或三味振荡在许多方面类似于温伯格最近提出的研究消相干现象的原子钟中的二能级或三能级系统。
2019-08-03 astro-ph.CO hep-ph
Collisional production of sterile neutrinos via secret interactions and cosmological implications
无菌中微子之间的秘密相互作用最近被提出来作为一种逃避途径，以调和eV无菌中微子的暗示，从短基线异常与宇宙学观测。特别是在耦合g_X \gtrsim 10^{-2}和规范玻色子介体$X$与$M_X \lesssim 10$ MeV的模型中，在中微子退耦之前，大的物质势抑制了无菌中微子的产生。在这样的参数范围选择下，大爆炸核合成是保持不变的，也没有给模型带来任何限制。然而，我们表明，在较低的温度下，当活跃的无菌振荡不再是物质抑制，无菌中微子仍然在碰撞制度，由于他们的秘密自相互作用。真空振荡和碰撞之间的相互作用导致了散射诱导的消相干产生的不育中微子的快速。这个过程是不同中微子种类之间味道平衡的原因。我们探讨了这种大的不育中微子人口的宇宙学观测值的影响。我们发现，强秘密相互作用的签名将减少中微子的有效数量$N_{\rm eff}$在物质辐射平等下降到2.7。此外，对于$M_X \gtrsim g_X$ MeV，无菌中微子在变为非相对论性之前将是自由流，它们将影响大尺度结构功率谱。因此，对于这个范围内的参数，我们发现一个紧张的eV质量无菌状态与宇宙学中微子质量边界。
2014-12-16 astro-ph.CO hep-ph
Time-varying neutrino mass from a supercooled phase transition: current cosmological constraints and impact on the $Ω_m$-$σ_8$ plane
在本文中，我们研究了一个随时间变化的中微子质量模型，激发了温和的紧张关系之间的宇宙微波背景（CMB）测量的物质波动和那些从低红移数据。我们修改了Dvali和Funcke（2016）提出的模型的最小情况，该模型预测了后复合宇宙相变中的后期中微子质量产生，假设中微子不对称性允许后期宇宙中残留中微子的存在。我们表明，如果过渡是过冷的，目前的宇宙学数据（包括CMB温度，极化和透镜，重子声学振荡，Ia型超新星）更喜欢的比例因子$a_s$的相变是非常大的，峰值在$a_s\sim 1$，因此支持宇宙学的情况下，中微子几乎是无质量的，直到最近的时间。我们发现，在这种情况下的中微子质量的总和的宇宙学约束今天显着削弱相比，标准的情况下，恒定质量的中微子，与$\sum m_ν<4.8$ ~eV在95\%的置信度，并与模型的预测。这种较弱的束缚的主要原因是暗能量和中微子成分之间的大关联，在存在假真空能量的情况下，假真空能量在跃迁后转化为非零的中微子质量。这一结果为即将进行的KATRIN和PAPRYMY实验提供了新的靶点。我们还表明，随时间变化的中微子质量模型考虑这里并没有提供一个明确的解释现有的宇宙学$Ω_m$ - $σ_8$的差异。
2018-12-14 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological bound on neutrino masses in the light of $H_0$ tension
虽然宇宙微波背景辐射（CMB）是中微子质量最强有力的宇宙学探测器，但它在$H_0$的局域直接测量中遇到了麻烦，这种测量被称为$H_0$张力。由于中微子质量与宇宙微波背景中的$H_0$相关，我们可以预期中微子质量的宇宙学束缚将受到$H_0$张力的很大影响。我们通过假设一个修正的复合模型来研究这种张力对中微子质量的宇宙学束缚的影响。我们认为，中微子质量的约束变得显着较弱的模型中，$H_0$张力可以解决。
2020-11-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmological constraints on the decay of heavy relics into neutrinos
在早期宇宙中，一个大质量粒子衰变成中微子，比它衰变成其他标准模型粒子受到的约束要小。然而，即使衰变为中微子，后者仍然不可避免地发射出次级粒子，这些次级粒子经历了可以探测的电磁相互作用。我们详细分析了如何敏感的各种宇宙学探针是这样的二次粒子，即CMB各向异性，CMB光谱失真，大爆炸核合成。对于寿命短于宇宙年龄的遗迹，这导致了粒子寿命作为其丰度和质量的函数的原始和严格的界限。
2022-05-27 astro-ph.CO hep-ph
MeV-scale reheating temperature and cosmological production of light sterile neutrinos
我们调查如何与一系列的质量影响宇宙学的兆电子伏尺度的再加热温度的情况下，无菌中微子。通过计算早期宇宙中混合和散射相结合产生的无菌中微子，我们发现，轻无菌中微子，其质量和混合程度与短基线中微子振荡实验一致，与大爆炸核合成（BBN）和宇宙微波背景（CMB）一致如果负责再加热的母粒子衰变为电磁成分（辐射衰变），则再加热温度为${\cal O}(1)$ MeV的辐射。相反，如果母粒子主要衰变为强子（强子衰变），BBN的束缚变得更加严格。在这种情况下，根据母粒子的质量和强子分支比，轻不育中微子的存在可以被宇宙学排除。
2020-08-06 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological neutrino simulations at extreme scale
限制中微子质量在现代物理学中仍然是一个难以捉摸的挑战。预计即将到来的几个大尺度结构宇宙学探测器将进行精确的测量。实现这一目标依赖于中微子成团理论预测的同等精度。冷暗物质和中微子的非线性演化的数值模拟在这一过程中起着关键作用。我们将中微子的宇宙学N体代码CUBEP3M和讨论的挑战与推动极端尺度所要求的中微子问题。我们强调了利用现代高性能计算架构进行的代码优化，并提出了一种新的数据压缩方法，将相空间粒子足迹从单精度的24字节减少到大约9字节。我们将中微子问题扩展到天河二号超级计算机，并提供了我们的生产运行细节，名为天奴，它使用了86%的机器（13，824个计算节点）。天奴总共有2.97万亿个粒子，是目前世界上最大的宇宙学N体模拟，比以前的中微子模拟提高了两个数量级。最后，我们讨论了在TianNu运行时遇到的意想不到的计算挑战。
2017-07-28 astro-ph.CO astro-ph.IM
Cosmology with sterile neutrino masses from oscillation experiments
从宇宙学和中微子振荡实验中都有线索表明，一个或两个电子伏特质量的无菌中微子是有利的。我们认为，从短基线中微子实验与宇宙学观测相结合的数据的影响。特别是我们考虑宇宙模型的状态方程的暗能量和曲率是允许变化的。我们发现短基线实验和宇宙学结果的一致性取决于所使用的宇宙学数据集。当这两个是一致的，我们发现，从短基线实验中包含的信息，只有轻微的影响宇宙学模型参数的首选值。具有宇宙学常数型暗能量和零曲率的宇宙仍然与我们使用的数据完全一致。我们还报告说，在10 eV的范围内的热化不育中微子是完全符合广泛的宇宙学数据，只要不考虑的物质功率谱的信息。
2013-03-19 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Imprints of Frozen-In Light Sterile Neutrinos
我们研究了通过冻结机制产生的无菌中微子暗物质的可观测宇宙学方面。该研究是在一个框架中进行的，该框架承认许多宇宙学上有趣的变化：通过来自更高维度算子的湮灭过程产生的高温产物或来自标量衰变的低温产物，其中衰变的标量与热浴处于或不处于平衡，在超对称或非超对称设置中，从而使我们能够提取通用属性并突出特定变化所特有的特征。我们发现，虽然这样的不育中微子一般是兼容的所有宇宙学约束，有趣的情况下，可能会出现暗物质是冷，暖，或热，有非平凡的动量分布，或提供贡献的相对论自由度的有效数量Neff大到足以探测大爆炸核合成未来的测量。
2017-06-13 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Neutrinos
在热大爆炸宇宙学的背景下，目前低能量中微子的宇宙背景被预测与宇宙背景辐射的光子一起存在。宇宙学中微子的数密度与宇宙背景辐射光子的数密度在同一数量级。这使得中微子成为宇宙中第二丰富的粒子种类。在早期宇宙中，当这些中微子具有高度相对论性时，它们在决定宇宙的最终结构和演化方面的作用是显着的。
2022-03-31 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Cosmological Invisible Decay of Light Sterile Neutrinos
我们介绍了一个宇宙学上看不见的衰变的不育中微子与eV尺度的质量表明，短基线中微子振荡实验，以允许其充分热化在早期宇宙。我们表明，宇宙学数据的拟合实际上是一样好的拟合获得一个稳定的无菌中微子没有质量约束，这已被最近考虑的几个作者的解释所观察到的抑制小尺度物质密度波动和解决方案的普朗克和BICEP 2测量的张量与标量比的大尺度波动之间的张力。此外，额外的相对论自由度对应于一个完全热化的不育中微子与一个较大的值的哈勃常数，这是与当地的测量。
2014-06-11 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
A search for sterile neutrinos with the latest cosmological observations
本文报道了利用最新的宇宙学观测资料寻找不育中微子的结果。在$Λ$ CDM宇宙学中，考虑了无质量和有质量的无菌中微子两种情况。在这项工作中使用的宇宙学观测数据包括普朗克2015年的温度和偏振数据，重子声学振荡数据，哈勃常数直接测量数据，普朗克Sunyaev-Zeldovich集团计数数据，普朗克透镜数据，和宇宙剪切数据。我们发现目前的观测数据在1.44 $σ$水平上给出了无质量无菌中微子（作为暗辐射）存在的暗示，考虑额外的无质量无菌中微子确实可以缓解观测之间的紧张关系，改善宇宙学拟合。对于大质量的无菌中微子，观测给出了一个相当严格的质量上限，这意味着实际上更倾向于无质量的无菌中微子。我们的结果与大亚湾和MINOS合作组最近的中微子振荡实验结果以及IceCube合作组最近的宇宙线实验结果一致。
2017-06-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmological Implications of a Neutrino Mass Detection
下一代宇宙学调查预计将测量中微子质量的非零和，甚至下降到从中微子味振荡推断的最小值58 meV。这样的测量对中微子物理学的影响已经有了很好的文献记录;相比之下，这样的测量的宇宙学意义受到的关注较少。在本文中，我们探讨的中微子质量检测符合$\sum m_ν= 58$ meV的影响，我们的历史和宇宙的内容的理解。我们主要关注三个关键领域：宇宙的热历史，不同尺度上的物质聚集，以及对暗物质和暗区的应用。首先，我们表明，非零中微子质量的检测将提供一个独特的宇宙中微子背景，这是检测到的引力，和在地球上测量的中微子之间的联系。然后，我们讨论了多个探针之间的检测的一致性将如何影响我们的知识的结构形成。最后，我们展示了如何这些测量可以被解释为分百分之一级测试的暗部物理。
2021-11-01 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Cosmological Implications of High-Energy Neutrino Emission from the Decay of Long-Lived Particle
我们研究的宇宙学场景中，高能中微子是从宇宙时间的长寿命大质量粒子的衰变中发射出来的，时间晚于红移10^6。冰立方实验最近观测到的高能中微子事件表明了高能宇宙射线中微子的新来源;重粒子的衰变可能是其中一种可能性。考虑中微子与背景中微子的散射过程，计算了长寿命粒子衰变产生的高能中微子的能谱。然后，我们推导出的情况下，使用高能宇宙线中微子流量的观测范围。我们还研究了来自宇宙微波背景和大爆炸核合成光谱畸变的约束。此外，我们还证明了冰立方实验所观测到的PeV中微子可以起源于质量为O（10^10 GeV）的大质量粒子的衰变。
2014-10-06 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
More Is Different: Reconciling eV Sterile Neutrinos with Cosmological Mass Bounds
一般认为，增加轻无菌物质会增加中微子的有效数量$N_{eff}$。在本文中，我们讨论的情况下，$N_{eff}$实际上可以减少由于中微子振荡效应，如果不育中微子有自相互作用。我们特别关注的eV质量范围，建议的中微子异常。在大的自相互作用下，由于有效混合角或物质效应的抑制，不育中微子在早期宇宙中没有完全热化。随着宇宙冷却，在大爆炸核合成（BBN）时期之后，活跃物种和不育物种之间可以达到风味平衡，但导致$N_{eff}$减少。在这样的情况下，我们还表明，与宇宙学的质量边界上的额外的不育中微子的冲突可以进一步放宽时，更多的轻物种被引入。
2015-09-24 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Cosmological evidence for leptonic asymmetry after Planck
最近，普朗克卫星发现了一个更大和最精确的物质能量密度值，它影响到其他宇宙学参数的当前值，如哈勃常数、当前星团丰度和宇宙年龄。普朗克在基本LambdaCDM模型框架内确定这些参数与直接测量这些参数之间存在的紧张关系引发了热烈的讨论和几种解释。在本文中，我们量化这种紧张局势，探索几个扩展的基础LambdaCDM模型，包括轻子不对称性。我们通过使用最新的宇宙学测量，对宇宙的辐射含量和中微子性质设定了界限，对原始氦丰度施加了自洽的BBN约束。对于所有的宇宙学不对称模型，我们发现宇宙学数据的偏好较小的值的活动和不育中微子质量。这增加了宇宙学和短基线中微子振荡数据之间的紧张关系，这些数据有利于质量约为1 eV的无菌中微子。对于简并大质量中微子的情况，我们发现对于所有轻子非对称模型，直接测定的哈勃常数、目前的星系团丰度和宇宙年龄的差异在~ 1.3 σ处得到缓解。我们还发现~2 σ统计证据的偏好宇宙学数据的正常中微子层次。这一点在包含轻子不对称性和三种大质量中微子的宇宙学模型中更为明显。我们的结论是，目前的宇宙学数据有利于轻子不对称扩展的基础LambdaCDM模型和正常的中微子质量等级的模型与额外的不育中微子物种和/或倒置的中微子质量等级。
2014-01-06 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Cosmological neutrino entropy changes due to flavor statistical mixing
当我们在复合量子系统的框架中处理中微子味时，由于离域和退相干效应引起的熵变化应该会修改宇宙学中微子背景（C $ν$ B）温度的预测。假设中微子与$γe^{-}e^{+}$辐射等离子体相互作用的最后阶段在去耦之前作为一种测量方案工作，将中微子投射到味道量子态，则所产生的自由流中微子可以被描述为味道混合中微子的统计系综。即使不对应于电子味纯态，解耦后的统计系综是由一个密度矩阵来描述的，该密度矩阵随时间演化，其中完整的哈密顿量考虑了味混合、动量离域以及在开放量子系统方法的情况下的退相干效应。由于统计权重$w$应遵循$0.16\,w_{e} = w_μ = w_τ$给出的电子弹性散射截面关系，因此冯诺伊曼熵值得特别注意。根据用于量化熵的量子测量方案，与耗散效应相关的混合可以导致自由流中微子的味道相关的冯诺伊曼熵增加。冯诺伊曼熵的产生减轻了对宇宙学演化的等熵流体（在这种情况下，宇宙学中微子背景）的能量密度和温度的预测的限制。熵变对宇宙学中微子温度的影响被定量化，在与大爆炸核合成参数的唯象对抗中，涉及中微子种类数$N_ν \approx 3$的{ \em约束}被一致地解除.
2013-02-11 astro-ph.CO hep-ph hep-th
