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
How secret interactions can reconcile sterile neutrinos with cosmology
短基线中微子振荡实验已经显示出在eV质量范围内存在额外的无菌中微子的迹象。然而，这种中微子似乎与宇宙学不相容，因为它们对宇宙结构形成的影响太大。在这里，我们表明，在无菌中微子部门的新的相互作用，可以防止它们的生产在早期宇宙和调和短基线振荡实验与宇宙学。
2013-10-22 astro-ph.CO hep-ph
Sterile neutrinos with pseudoscalar self-interactions and cosmology
在电子伏特质量范围内的惰性中微子是由一些地面中微子实验暗示的。然而，这样的中微子与来自宇宙微波背景和大尺度结构的数据高度不相容。本文讨论了如何在一种新的赝标相互作用下使eV的不育中微子与地面中微子数据相一致。我们表明，这个模型可以调和eV的无菌中微子在宇宙学中，提供了一个适合所有可用的数据，这是一个更好的方式比标准的$Λ$ CDM模型与一个额外的完全热化的无菌中微子。特别是，它也倾向于哈勃参数的值更接近当地测量值。
2015-08-11 astro-ph.CO hep-ph
Statistical tests of sterile neutrinos using cosmology and short-baseline data
在本文中，我们重新审视的问题，宇宙学提供的情况下，用无菌中微子调用描述的SBL异常使用贝叶斯统计检验的信息。我们对不同宇宙学数据组合下的$Λ$ CDM $+r+ν_s$宇宙学数据进行了分析，得到了两个相关参数的边际宇宙学似然性，即无菌中微子质量$m_s$及其对早期宇宙能量密度的贡献$N_{\rm eff}$ .然后，我们提出了一个分析，以量化在哪一个级别的一个模型与一个无菌中微子是（不）有利于一个模型，只有三个活跃的中微子，使用短基线实验和宇宙学的结果。我们研究的依赖关系的结果上的宇宙学数据考虑，特别是列入最近的BICEP 2的结果和SZ集群数据从普朗克任务。我们发现，只有当集群数据包括一个额外的不育中微子的模型可以变得更有利于只有三个活跃的模型提供的不育中微子对辐射密度的贡献被抑制相对于完全热化的情况。我们还量化了宇宙学和SBL结果所暗示的不育中微子质量之间的兼容性水平。
2014-07-14 astro-ph.CO hep-ph
Recoupled Dark Radiation reconciling CMB and DESI BAO measurements
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Università degli Studi di Milano（米兰大学）；INFN, Sezione di Milano（意大利国家核物理研究所米兰分部）
研究通过引入耦合辐射成分缓解ΛCDM模型中CMB与DESI BAO测量之间的张力，并通过 sterile 中微子与轻伪标量介质的相互作用提供具体实现，从而改进宇宙学一致性和Hubble常数的张力。
2026-05-18 astro-ph.CO
Constraining Sterile Neutrino Cosmology with Terrestrial Oscillation Experiments
我们探讨了地面中微子振荡实验和天体物理/宇宙学测量在探测不育中微子存在方面的互补性。我们发现，即将到来的加速器中微子实验将不会改善约束的时候，他们是可操作的，但反应堆实验已经可以探测参数空间超出了普朗克的范围。我们强调宇宙学实验和反应堆反中微子实验之间的紧张关系，并列举了解决这种紧张关系的几种可能性。
2019-05-08 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on massive sterile plus active neutrino species in non minimal cosmologies
宇宙学测量受到活动和无活动大质量中微子的能量密度的影响。我们在这里扩展到非最小宇宙学的当前宇宙学数据的最近分析。几种可能的情况下进行检查：一个恒定的w \neq -1暗能量状态方程，一个非平坦的宇宙，一个随时间变化的暗能量组件和耦合的暗物质暗能量宇宙或修改的重力的情况。当只考虑宇宙学数据时，在95%CL下允许有~0.5 eV无菌物质的（3+2）大质量中微子模型。该方案已被证明可以使反应器、LSND和MiniBooNE阳性信号与来自其他搜索的空结果相一致。大爆炸核合成边界可能会损害（3+2）模型的可行性，如果两个不育物种是完全热化状态去耦。
2011-12-20 astro-ph.CO hep-ph
Sterile neutrinos with eV masses in cosmology -- how disfavoured exactly?
我们研究宇宙学模型，包含与eV范围内的质量所建议的反应堆和短基线振荡数据的不育中微子。我们面对这些模型与精确的宇宙学数据（探测CMB去耦时代）和轻元素丰度（探测BBN时代）。在最小的LambdaCDM模型中，这样的无菌中微子被当前的数据强烈地排斥，因为它们贡献了太多的热暗物质。然而，如果宇宙学框架被扩展到包括额外的相对论自由度--除了三个标准中微子和假定的无菌中微子，那么热暗物质对无菌状态的约束就大大放松了。通过允许暗能量状态方程参数w<-1实现了进一步的改进。虽然BBN强烈反对超过假设的eV质量的无菌中微子的额外辐射，但这个约束可以通过小的nu_e简并来规避。任何包含eV质量的不育中微子的模型也意味着其他宇宙学参数的强烈修改。值得注意的是，推断出的冷暗物质密度相对于标准的Lambda CDM值可以上升20%到75%。
2011-09-28 astro-ph.CO hep-ph
Additional Light Sterile Neutrinos and Cosmology
诱人的宇宙学和地球证据表明，轻中微子的数量可能大于3，激发了对额外轻物质的宇宙学界限的仔细重新检查。大爆炸核合成限制了核合成过程中存在的相对论中微子种类的数量，$N_{eff}^{BBN}$，而CMB角功率谱的测量限制了物质辐射相等时相对论中微子的有效能量密度，$N_{eff}^{CMB}$。在许多情况下，新的无菌中微子种类可能对$ΔN_{eff}^{BBN}$和$ΔN_{eff}^{CMB}$有不同的贡献，其质量可能与调和宇宙学约束和地球上各种中微子振荡的说法有关。我们考虑的情况下，两个不育中微子和探讨是否部分热化的不育状态可以缓解之间的紧张关系的宇宙学约束$N_{eff}^{BBN}$和地球上的数据。然后，我们研究了非零中微子质量对辐射丰度的影响，发现质量高于0.5 eV的中微子的$ΔN_{eff}^{CMB}$减少了5%以上。虽然我们在这里研究的影响可能会发挥作用，但我们发现，另外两种轻不育中微子种类不能在95%的置信水平下拟合所有数据。
2013-04-10 astro-ph.CO hep-ph
Cosmology with self-interacting sterile neutrinos and dark matter - A pseudoscalar model
短基线中微子振荡实验已经显示出在eV质量范围内存在额外的无菌中微子的迹象。这样的无菌中微子与宇宙学是不相容的，因为它们抑制结构的形成，除非它们可以在早期宇宙中被阻止热化，或者通过随后的衰变或湮灭被去除。在这里，我们提出了一个新的情况下，不育中微子和暗物质耦合到一个新的，轻的赝标量。这可以防止不育中微子的热化，并使暗物质充分地自我相互作用，从而对银河系动力学产生影响，并可能解决标准冷暗物质场景中的一些已知问题。更重要的是，它导致了一个强自相互作用的等离子体的无菌中微子和赝标量在晚些时候，并提供了一个很好的适合CMB数据。通常的宇宙学中微子质量问题是避免了不育中微子湮灭为伪标量。$H_0$的优选值基本上高于标准$Λ$ CDM中的值，并且与局部测量的一致性更好。
2015-03-27 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
Light sterile neutrinos: oscillations and cosmology
质量约为1 eV的轻惰性中微子作为所谓短基线中微子振荡异常的可能解释已经被研究了很多年。最近，几个中微子振荡实验报道的偏好非零值的混合角和平方质量差的积极无菌混合，但并不总是一致的。我回顾了我们目前的知识轻不育中微子在3+1模型，开始一个单独的讨论最相关的搜索的状态，然后分析出现的问题时，结合不同的探针在一个全球性的适合。还提供了一个简短的总结与宇宙学观测的紧张局势。
2019-10-29 astro-ph.CO hep-ph
Cosmology seeking friendship with sterile neutrinos
精确宇宙学和大爆炸核合成理论倾向于宇宙中除了光子和普通中微子之外的额外辐射，这支持了低质量无菌中微子的存在。我们利用WMAP 7年的观测数据，ACBAR、BICEP和QuAD的小尺度CMB观测数据，SDSS第7次发布的观测数据，以及HST观测的哈勃参数测量数据，推导了热激发无菌中微子态的共同质量标度m_s和有效数N_s的可信区域。我们的结果与LSND和MiniBooNE所提出的一个或两个不育中微子的存在是一致的，如果m_s在亚eV范围内.
2010-10-26 astro-ph.CO hep-ph
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
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
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
Revisiting cosmological bounds on sterile neutrinos
我们采用最先进的宇宙学观测，包括超新星调查和BAO信息提供的非共振产生的不育中微子物种的质量和混合角的约束，表明宇宙学可以有效地排除不育中微子衰变之间的BBN和今天。额外的重中微子物质的退耦可以改变宇宙在BBN和复合之间膨胀的时间依赖性，在极端情况下，会导致额外的物质主导时期;虽然这可能会天真地导致一个更年轻的宇宙，具有更大的哈勃参数，但它可以在以后通过来自无菌衰变的中微子形式的额外辐射来补偿。然而，复合时代的可观测量，包括宇宙微波背景（CMB），位移参数$R_{CMB}$和声音视界$r_s$从重子声学振荡（BAO）严重限制了这种情况。我们自洽地包括完整的时间演化的耦合无菌中微子和标准模型部门的MCMC，表明，如果衰变发生后BBN，无菌中微子基本上是由约束$\sin^2θ\lesssim 0.026 (m_s/\mathrm{eV})^{-2}$。
2015-02-19 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological constraints with self-interacting sterile neutrinos
在这项工作中，我们重新审视的问题，宇宙学是否可以兼容的情况下，轻不育中微子，调用解释SBL异常，在自相互作用的存在下，不育中微子介导的大质量规范玻色子。我们检查这个建议，通过推导出宇宙学预测的模型在广泛的模型参数，包括有效的相互作用强度$G_X$，无菌中微子质量$m_{\rm st}$和积极的无菌混合。有了这些，我们进行了统计分析的宇宙学数据从BBN，CMB和BAO数据推断无菌自相互作用模型参数的后验概率。BBN主要提供了有效相互作用强度的信息，我们发现$\log_{10}(G_X/G_F)\geq 3.6$可以在95%CL下描述原始丰度。我们对CMB和BAO数据的分析表明，当允许无菌中微子质量的广泛先验时，其后验仅考虑CMB数据时被限制为$m_{\rm st}\leq 0.91~{\rm eV}$（95% CL），当添加BAO信息时被限制为$m_{\rm st}\leq 0.37~{\rm eV}$（95% CL）。因此，与无相互作用的无菌中微子模型相比，质量边界略有放宽，但在大于$2σ$ CL时，质量为1 eV的无菌中微子仍然被排除在外。相反，如果固定无菌中微子质量和混合的值，优选短基线数据，我们发现，虽然CMB数据本身有利于自相互作用的情况下，包括BAO信息严重降低与模型的协议。总之，我们的结论是，添加自相互作用可以缓解eV不育中微子和CMB数据之间的紧张关系，但包括BAO结…
2018-10-17 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on sterile neutrinos and the cosmological tensions
本文在哈勃张力和 $S_8$ 张力背景下研究惰性中微子质量约束，发现结合 $H_0$ 直接测量和 DES 弱透镜数据时，扩展模型可在 2$\sigma$ 水平推断非零惰性中微子质量，并缓解两类宇宙学张力。
2024-10-22 astro-ph.CO hep-ph
Are Light Sterile Neutrinos Preferred or Disfavored by Cosmology?
我们发现，一个宇宙学模型，包括2个无菌中微子与质量约1 eV的每个，有利于全球中微子振荡分析，包括短基线结果的可行性，是显着依赖于数据集的选择，包括在分析和控制与这些数据集相关的系统不确定性的能力。我们的分析包括各种宇宙学探测，包括宇宙微波背景（WMAP 7 +SPT），哈勃常数（HST），星系功率谱（SDSS-DR 7）和超新星距离（SDSS和Union 2汇编）。在联合观测分析中，我们的不育中微子模型在使用MLCS光变曲线拟合器进行超新星测量时与LCDM模型一样有利，而在使用SALT 2拟合器时，在Δχ^2 ~ 18处的数据则强烈不利。当排除超新星测量时，在Δχ^2 ~ 12处，不育中微子模型不受其他数据集的青睐，当考虑曲率、演化的暗能量、额外的相对论性物质、光谱指数的变化以及原始氦丰度的自由度时，在Δχ^2 ~ 3处，不育中微子模型最多只会变得稍微不受欢迎。没有一个额外的参数可以解释这种影响的大部分。因此，如果实验室实验继续支持大约eV质量的无菌中微子的情况，并且如果宇宙学决定性地不支持这种情况，那么一个比这里探索的更奇特的宇宙学模型可能是必要的。
2013-02-04 astro-ph.CO hep-ph
Sterile neutrino self-interactions: $H_0$ tension and short-baseline anomalies
质量在eV范围内的惰性中微子被认为是各种短基线（SBL）中微子振荡异常的可能解释。然而，如果考虑到活跃中微子和惰性中微子之间的中微子振荡，这种中微子在早期宇宙中会完全热化，因此会与宇宙学边界发生强烈冲突。在这项研究中，我们首先更新的宇宙学界限的质量和能量密度的eV尺度的不育中微子。然后，我们进行了更新的研究先前提出的模型中，不育中微子耦合到一个新的轻赝标自由度。与以前的分析相一致，我们发现，该模型提供了一个很好的适合所有的宇宙学数据，并允许高值的$H_0$在本地宇宙中测量到的宇宙微波背景的测量是一致的。然而，在这种情况下，新的高$\ell$极化数据将无菌中微子质量限制为小于约1 eV。最后，我们结合赝标量模型的宇宙学界限与SBL数据的贝叶斯推断分析，并得出结论，只有在1 eV左右的狭窄范围内的无菌质量仍然与宇宙学和SBL数据一致。
2020-12-09 astro-ph.CO hep-ph
A ménage à trois of eV-scale sterile neutrinos, cosmology, and structure formation
我们表明，不育中微子质量约1 eV或更大，作为几个短基线振荡异常的动机，可以与宇宙学约束一致，如果他们是由轻玻色子介导的隐藏扇区力下充电。在这种情况下，无菌中微子经历了一个大的热势，抑制了早期宇宙中活跃和无菌中微子之间的混合，即使真空混合角很大。因此，宇宙中无菌中微子的丰度仍然非常小，它们对大爆炸核合成、宇宙微波背景和大尺度结构形成的影响可以忽略不计。可以想象，新的规范力也与暗物质耦合，可能会改善与冷暗物质相关的一些小尺度结构问题。
2014-06-13 astro-ph.CO hep-ph
Impact of light sterile neutrinos on cosmological large scale structure
该研究通过N-body模拟探讨了eV尺度惰性中微子对宇宙大尺度结构的影响，发现其会抑制物质功率谱及晕质量与速度函数，同时增强晕对速度，并给出了量化这些效应的拟合公式。
2025-01-29 astro-ph.CO hep-ph
Sterile Neutrinos: Cosmology vs Short-BaseLine Experiments
宇宙学和短基线中微子振荡数据都暗示存在质量在1 eV范围内的轻无菌中微子。在这里，我们使用宇宙学和SBL的数据进行详细的分析，不育中微子的情况。我们还考虑了额外的中微子自由度在早期宇宙中没有完全热化的可能性。即使只分析宇宙学数据，我们也发现在（3+1）和（3+2）两种情况下都倾向于存在大质量的无菌中微子，并且在包含SBL数据的情况下，证据在（3+1）模型的情况下正式处于3.3 sigma水平。有趣的是，宇宙学和SBL数据都指向大约1 eV的相同质量尺度。在（3+1）框架中，WMAP 9 +SPT提供了无菌质量本征态m_4 =（1.72 \pm 0.65）eV：这个结果通过在m_4 =（1.27 \pm 0.12）eV（当SDSS也被考虑在宇宙学分析中时，m_4 =（1.23 \pm 0.13）eV）后加入来自SBL的先验而得到加强。在（3+2）方案中，另外两个非完全热化的中微子与整个宇宙学和SBL数据相符合，得到质量值m_4 =（0.95 \pm 0.30）eV和m_5 =（1.59 \pm 0.49）eV。包含普朗克数据并没有改变我们对质量尺度的考虑;关于额外的中微子自由度，调用部分热化，3+1模型仍然与最新数据一致。
2013-06-24 astro-ph.CO hep-ph
Sterile Neutrinos with Secret Interactions - Lasting Friendship with Cosmology
质量约为1 eV的惰性中微子与活性中微子的混合量级为10%，被认为是解决中微子振荡数据异常的一种方法，但受到宇宙学限制。最近的研究表明，如果无菌中微子耦合到一个新的兆电子伏尺度的规范玻色子A '，这些约束是可以避免的。然而，当中微子退耦后，A '介导的碰撞过程导致有效的活性中微子到无菌中微子的转换时，即使这种情况也受到结构形成约束的限制。鉴于此，我们重新评估在本文中的可行性与这种“秘密”的相互作用的不育中微子。我们仔细剖析了它们在早期宇宙中的演化，包括各种生产渠道和预期的修改大尺度结构形成。我们认为，在参数空间中有两个区域-一个在非常小的A'耦合，一个在相对较大的A'耦合-在大爆炸核合成（BBN），宇宙微波背景（CMB），和大尺度结构（LSS）的数据的所有约束都得到满足。有趣的是，如果A'玻色子也与宇宙中的暗物质耦合，那么大的A'耦合区域正是先前被证明对暗物质晕的小尺度结构具有潜在重要影响的区域。
2015-05-11 astro-ph.CO hep-ph
Light sterile neutrinos after BICEP-2
最近，BICEP 2实验在宇宙微波背景的偏振模式中发现了B模，这对中微子物理具有重要意义。我们重新审视宇宙学界限轻不育中微子，并表明，他们是兼容的，目前所有的宇宙学数据提供的质量相对较低。使用CMB数据，包括BICEP-2，我们找到了$m_s < 0.85$ eV（$2σ$置信水平）的上限。当包括$H_0$的HST测量时，该结合被加强到0.48 eV。然而，包括从普朗克任务的SZ集群数据和弱引力测量从CFHTLenS项目有利于非零不育中微子质量的$0.44^{+0.11}_{-0.16}$电子伏特。另一方面，短基线中微子振荡表明在1.2 eV附近有一个新的质量状态。如果无菌中微子是完全热化的（$Δχ^2>10$），这个质量与宇宙学数据是高度不相容的。然而，如果无菌中微子只是部分热化，它可以与所有现有的数据兼容，无论是宇宙学的还是地球的。
2014-06-16 astro-ph.CO hep-ph
Minimal dark energy: key to sterile neutrino and Hubble constant tensions?
最小的暗能量模型，由相同数量的自由参数的标准宇宙模型与冷暗物质加上一个宇宙学常数参数化的暗能量组件，构成非常有吸引力的方案，可以解决长期存在的，悬而未决的紧张局势。一方面，它们大大缓解了宇宙学观测与短基线异常激发的一个无菌中微子的存在之间的紧张关系：我们在考虑中的PEDE（VM）场景中获得了完全热化的第四个无菌中微子（$N_{\rm eff}=4$）质量等于$m_s<0.65\ (1.3)$ ~eV的$95\%$ CL宇宙学束缚。有趣的是，这些限制是在短基线实验中的观察结果一致，和PEDE的情况下，有利于相对于$Λ$ CDM的情况下，当考虑到完整的数据组合。另一方面，哈勃张力是令人满意地解决了几乎所有的最小暗能量方案在这里探索。因此，这些现象学的场景可能会揭示近宇宙探测器和远宇宙探测器之间的差异，以及宇宙学和实验室无菌中微子搜索之间的差异。
2022-04-19 astro-ph.CO hep-ph
The role of sterile neutrinos in cosmology and astrophysics
我们提出了一个全面的概述扩展的标准模型，其中包含三个右手（无菌）中微子的质量低于电弱标度[中微子最小标准模型，（nuMSM）]。我们考虑宇宙的历史，从暴胀时代到今天，并证明，大多数观察到的现象超出了标准模型可以在这个模型的框架内解释。我们回顾了宇宙的重子不对称性的机制在nuMSM和讨论的暗物质候选人，可以是温暖的或寒冷的，并满足所有现有的限制。从粒子物理学的观点，该模型提供了一个解释中微子味振荡。利用现有的实验技术可以验证nuMSM。
2009-07-22 astro-ph.CO hep-ph
Sterile neutrinos in cosmology
在中微子质量产生机制中，不育中微子是粒子物理标准模型的自然延伸。如果它们相对较轻，小于约10 keV，它们可以显著改变宇宙学，从早期宇宙到今天的物质和辐射能量密度。在这里，我们回顾了宇宙学的作用，这种轻不育中微子可以发挥从早期宇宙，包括生产keV级不育中微子的暗物质的候选人，和轻eV级不育中微子的动力学弱耦合活动中微子时代。本文综述了在宇宙微波背景和大尺度结构数据中提出的轻不育中微子的特征。我们还讨论了keV尺度的无菌中微子暗物质衰变的X射线观测签名，包括最近的候选人$\sim$ 3.5 keV的X射线线检测一致的衰减的$\sim$ 7 keV的无菌中微子暗物质粒子。
2017-10-25 astro-ph.CO astro-ph.HE 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
Searching for sterile neutrinos in dynamical dark energy cosmologies
利用最近的宇宙学观测，我们研究了暗能量的性质如何改变宇宙学对无菌中微子参数的限制。我们考虑最简单的动力学暗能量模型，$w$ CDM模型和全息暗能量（HDE）模型，进行分析。在这项工作中使用的宇宙学观测包括普朗克2015 CMB温度和偏振数据，重子声振荡数据，Ia型超新星数据，哈勃常数直接测量数据和普朗克CMB透镜数据。从这些数据组合的约束条件出发，我们发现$Λ$ CDM宇宙学的$m_{ν,{\rm{sterile}}}^{\rm{eff}}<0.2675$和$N_{\rm eff}<3.5718$分别为$m_{ν,{\rm{sterile}}}^{\rm{eff}}<0.2675$ eV和$N_{\rm eff}<3.5718$，$w$ CDM宇宙学的$m_{ν,{\rm{sterile}}}^{\rm{eff}}<0.5313$和$N_{\rm eff}<3.5008$分别为$m_{ν,{\rm{sterile}}}^{\rm{eff}}<0.5313$ eV和$N_{\rm eff}<3.5008$，HDE宇宙学的$m_{ν,{\rm{sterile}}}^{\rm{eff}}<0.1989$和$m_{ν,{\rm{sterile}}}^{\rm{eff}}<0.1989$ eV和$N_{\rm eff}<3.6701$.因此，在不增加结构增长测量的情况下，只能导出$m_{ν,…
2018-03-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmology Based on f(R) Gravity Admits 1 eV Sterile Neutrinos
它表明，最近的中微子振荡实验，有利于无菌中微子的质量为1 eV的顺序，和宇宙学数据施加严格的约束中微子质量从自由流抑制密度波动之间的紧张关系，可以解决目前的宇宙加速膨胀的模型的基础上f（R）引力。
2013-03-26 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Cosmological Invisible Decay of Light Sterile Neutrinos
我们介绍了一个宇宙学上看不见的衰变的不育中微子与eV尺度的质量表明，短基线中微子振荡实验，以允许其充分热化在早期宇宙。我们表明，宇宙学数据的拟合实际上是一样好的拟合获得一个稳定的无菌中微子没有质量约束，这已被最近考虑的几个作者的解释所观察到的抑制小尺度物质密度波动和解决方案的普朗克和BICEP 2测量的张量与标量比的大尺度波动之间的张力。此外，额外的相对论自由度对应于一个完全热化的不育中微子与一个较大的值的哈勃常数，这是与当地的测量。
2014-06-11 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Light Sterile Neutrinos in Cosmology and Short-Baseline Oscillation Experiments
我们分析了最新的宇宙学数据，包括普朗克，考虑到可能存在的无菌中微子的质量在eV标度表示的短基线中微子振荡数据在3+1框架。我们发现，本地测量的哈勃常数的贡献诱导的相对论自由度的有效数量的值的增加以上的标准模型值，给出了一个指示，有利于无菌中微子的存在和它们的贡献，暗辐射。此外，本地星系团质量分布的测量有利于eV尺度质量的不育中微子的存在，与短基线中微子振荡数据一致。在这种情况下，宇宙学和短基线中微子振荡数据之间没有矛盾，但不育中微子对相对论自由度的有效数量的贡献可能小于1。考虑到Dodelson-Widrow和热模型的统计宇宙学分布的不育中微子，我们发现，在Dodelson-Widrow模型中有一个宇宙学和短基线中微子振荡数据之间的兼容性稍好，并在早期宇宙中的不育中微子的产生所需的抑制略小。
2014-02-19 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Tight bonds between sterile neutrinos and dark matter
尽管标准$Λ$ CDM宇宙学取得了惊人的成功，但越来越多的证据表明，在小尺度和中等尺度上的观测存在紧张关系。我们引入了一个简单的模型，其中冷暗物质（DM）和不育中微子的收费下一个新的$U(1)_X$规范相互作用。由此产生的DM自相互作用解决了与观测到的丰度和矮星系的内部密度结构的紧张局势。同时，不育中微子可以解释宇宙学观测所青睐的小的热DM分量和短基线实验中发现的中微子异常。
2014-07-31 astro-ph.CO hep-ph
The influence of the effective number of active and sterile neutrinos on the determination of the values of cosmological parameters
在目前的工作中，我们考虑的影响，一个假设的不育中微子（eV尺度的质量）的宇宙学参数的测定。如果检测到它，将有必要将其纳入$Λ\rm CDM$模型，其质量$m_{\rm s}$和混合角$θ_{s}$的固定值，这是通过本文使用的主要方法。除此之外，跷跷板机制要求至少有两个不育状态，其中一个比活跃状态重得多。较重的无菌状态（$m_{s}\sim1$ keV）会衰变并增加有效的活跃中微子数。因此，还研究了相对论性中微子种类$N_{\rm eff}$的有效数量变化的影响，这可能是由例如上述无菌中微子的衰变过程以及导致残余中微子$T_{\rm CνB}$温度升高的过程引起的。在这项工作中研究的影响导致宇宙学参数的估计，包括$H_{0}$的值的显着变化。已经发现，对质量为$m=1$和$2.7$ eV的无菌中微子的计算导致当前哈勃参数值$H_{0}$的估计值降低，因此加剧了"$H_{0}$ -张力“问题。相反，相对论性中微子种类的有效数目的值的增加导致$H_{0}$估计值的增加，解决了上述在$N_{\rm eff}=3.0+0.9$处的问题，这相当于中微子温度增加到$T ^{\,0}_{\rm CνB}=1.95+0.14\,\rm K$。与此同时，其余的宇宙学参数没有显著变化，使我们处于标准$Λ\rm CDM$模型的框架内。
2023-02-10 astro-ph.CO hep-ph
Visible Sterile Neutrinos as the Earliest Relic Probes of Cosmology
实验室对无菌中微子的检测可以提供大爆炸核合成（BBN）之前宇宙演化的第一个迹象，这是一个尚未经过检验的时代。这种“可见的”无菌中微子在即将进行的实验中可以观察到，例如KATRIN/TRISTAN和HUNTER在keV质量范围内，PINEMY和其他在eV质量范围内的实验。在宇宙的温度为5 MeV之前，通常会对宇宙学做出一系列标准假设。然而，基于替代假设的非标准前BBN宇宙学可能会出现在有动机的理论模型中，并且同样与所有现有数据一致。我们重新审视生产无菌中微子的质量为0.01 eV至1兆电子伏的两个例子，这样的模型：标量张量和低再加热温度预BBN宇宙学。在这两个实验中，假定的3.5 keV X射线信号线对应于一个无菌中微子，其混合量足够大，可以在即将到来的实验室实验中进行测试。此外，活跃-无菌中微子混合的宇宙学/天体物理学上限明显弱于标准的前BBN宇宙学，这表明这些限制并不稳健。例如，在标量张量情况下，LSND和MiniBooNE短基线以及DANSS和近地天体反应堆实验所暗示的潜在信号区域完全不受宇宙学限制的约束。我们的工作突出表明，不育中微子可能构成前BBN时代的敏感探针。
2019-12-09 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Inflation, (P)reheating and Neutrino Anomalies: Production of Sterile Neutrinos with Secret Interactions
一些实验异常现象暗示至少存在一个额外的（非常轻的）无菌中微子。然而，这样一种物质，与活跃的中微子明显混合，是不利于不同的宇宙学观测，如大爆炸核合成（BBN），宇宙微波背景（CMB）和大尺度结构（LSS）。最近，研究表明，在不育中微子扇区中通过光玻色子介质存在额外的相互作用，可以通过介质引起的类物质效应抑制活性中微子产生不育中微子，从而使这种情况在宇宙学上可行。这个机制的工作原理假设这个无菌扇区的初始粒子数相对于标准模型（SM）粒子的粒子数是可以忽略不计的，在产生活跃的中微子之前。然而，有公平的机会，这样的玻色子介质可能耦合到暴胀子，并可以在（p）再加热时期大量产生。因此，他们可能会破坏这个假设的初始小密度的不育区。在这篇文章中，我们，从通货膨胀，调查的生产过程中（p）再加热在一个大的领域通货膨胀的情况下，这样一个无菌部门，并确定参数区域，允许一个可行的早期宇宙宇宙学。
2019-10-10 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Dependence of Resonantly Produced Sterile Neutrinos
无菌中微子的探测可能构成对可能在大爆炸核合成（BBN）之前产生的粒子的首次观测，并可能提供有关尚未测试的前BBN时代的信息。这个时代的宇宙学演化可能与标准宇宙学中通常假设的截然不同，就像各种有动机的粒子模型中发生的那样。在这项工作中，我们评估不同的前BBN宇宙学中的熵是保守的0.01 eV至1 MeV的质量无菌中微子在早期宇宙通过共振活性无菌振荡，这需要一个大的轻子不对称性的敏感性。我们确定的质量范围内，它是可能有两个人口相同的不育中微子，一个与冷，一个与热的动量谱，这是在原则上可观察到的效果。此外，我们显示的区域中的质量和混合完全共振生产（即同时相干和绝热）可以发生。我们发现，在我们考虑的几个宇宙学，包括标准的，对于一个轻子不对称性大于$\sim10^{-4}$完全共振产生的无菌中微子在eV质量范围内可以逃避所有的宇宙学约束。
2020-05-04 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Cosmological search for sterile neutrinos after DESI 2024
Northeastern University（东北大学）；Ningxia University（宁夏大学）；Shenyang Normal University（沈阳师范大学）
利用DESI 2024数据，在w0waCDM模型中发现惰性中微子质量约束为0.50±0.33 eV，但其他模型未发现显著证据。
2025-12-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Reactor sterile neutrinos, dark energy and the age of the universe
有迹象表明，从反应堆实验和LSND和MiniBooNE实验的中微子振荡数据显示，两个不育中微子物种的偏好，都在eV区域的质量。我们表明，这一结果有一些重要的宇宙学参数的显着影响。具体地说，我们使用CMB，LSS和SN 1A数据的组合，并表明，存在两个轻，不育中微子将排除宇宙学常数为暗能量在95%的置信水平，并降低宇宙的膨胀年龄为12.58 \pm 0.26 Gyr。
2011-05-11 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological search for sterile neutrinos after Planck 2018
不育中微子可以影响宇宙的演化，因此利用宇宙学观测可以寻找不育中微子。在这项工作中，我们使用普朗克2018年发布的宇宙微波背景（CMB）各向异性数据，结合最新的重子声学振荡（BAO），Ia型超新星（SN）和哈勃常数（$H_0$）数据，来约束考虑无菌中微子的宇宙学模型。为了检验暗能量的性质对寻找不育中微子结果的影响，除了$Λ$冷暗物质（$Λ$ CDM）模型外，我们还考虑了$w$ CDM模型和全息暗能量（HDE）模型.我们发现，当$H_0$局域测量不包括在数据组合中时，无菌中微子的存在{是不可取的}。当$H_0$测量被包括在联合约束中时，发现对于$Λ$ CDM模型，$ΔN_{\rm eff}>0$在大约2.7 $σ$水平处是{有利的}，并且对于$w$ CDM模型，在大约1-1.7 $σ$水平处是{有利的}。然而，仍然不能很好地约束$m_{ν,{\rm{sterile}}}^{\rm{eff}}$，只能给出上限。此外，我们发现HDE模型肯定被当前数据排除。我们还讨论了哈勃张力的问题，我们的结论是，在宇宙学模型中涉及不育中微子不能真正解决哈勃张力。
2022-01-29 astro-ph.CO gr-qc 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
Large neutrino mass in cosmology and keV sterile neutrino dark matter from a dark sector
该研究提出扩展跷跷板模型，通过暗扇区U(1)规范相互作用使暗物质与标准模型微中子热平衡，抑制活跃中微子丰度，从而调和宇宙学中微子质量与暗物质问题，并预言有效中微子种类数微增，可被未来CMB任务探测。
2025-04-19 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Dependence of Non-resonantly Produced Sterile Neutrinos
我们将讨论如何在实验室检测到一个不育中微子不仅将构成一个新粒子的基本发现，但也可以提供一个宇宙的演化大爆炸核合成（BBN），宇宙学的一个基本发现之前的指示。这些“可见”的无菌中微子可以在keV质量范围的KATRIN/TRISTAN和HUNTER实验中检测到，也可以在eV质量范围的PIMMY、KATRIN和反应堆中微子实验中检测到。标准假设通常被用来计算宇宙温度为5 MeV之前产生的粒子的残余丰度和动量分布，这是一个迄今为止没有观测到残余的时代。然而，基于其他假设的非标准前BBN宇宙学同样与所有现有数据一致，可能会出现在一些理论模型中。我们重新审视生产0.01 eV至1 MeV的无菌中微子通过非共振活性无菌味振荡在几个前BBN宇宙学。我们给出了模型的一般方程，其中宇宙的膨胀由其振幅和温度功率参数化，熵是守恒的，其中包括kination和标量张量模型作为特例。
2019-12-18 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Cosmological Dependence of Sterile Neutrino Dark Matter With Self-Interacting Neutrinos
未被探索的中微子相互作用可能是理解暗物质（DM）本质的关键。特别是，具有新的自相互作用的活性中微子可以产生keV质量的无菌中微子，通过Dodelson-Widrow机制为大范围的活性无菌混合值占整个DM。这种产生通常发生在宇宙中一个未知时代的大爆炸核合成（BBN）之前。我们评估如何混合范围的千电子伏质量的不育中微子DM是受早期宇宙前BBN宇宙学的不确定性。这是特别相关的确定可行的参数空间的无菌中微子搜索允许所有天体物理学的限制，以及宇宙学，因为检测到一个无菌中微子可能构成第一次观察到一个粒子提供信息的前BBN时代。我们发现，在早期宇宙宇宙学和中微子相互作用的组合不确定性显着扩大了允许的参数空间的不育中微子，可以构成整个DM。
2021-11-07 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Hiding an elephant: heavy sterile neutrino with large mixing angle does not contradict cosmology
我们研究了一个keV级的无菌中微子与标准模型部门的一个相对较大的混合模型。物理上的考虑预测了早期宇宙中这种粒子的活跃产生，这导致了总暗物质密度的限制，以及缺乏来自无菌中微子衰变的X射线信号。这些界限加在一起可能会认为在实验室中创造keV级无菌中微子的任何尝试都是不可行的。我们认为，与一个隐藏的部门耦合到不育中微子的模型，这些界限可以逃避，打开新的视角，直接研究中微子实验，如Troitsk $ν$ -质量和KATRIN。我们估计产生不育中微子的情况下，隐藏的部门动态保持不育中微子在早期宇宙中的质量或超重。在这两种情况下，由等离子体中的活性中微子振荡产生的中微子都受到抑制。
2019-04-03 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Are Cosmological Data Excluding Sterile Neutrinos or Only the Fully Thermalized Limit?
Universidade Federal do Rio Grande do Sul（南里奥格兰德联邦大学）；Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais（国家空间研究所）；University of Sheffield（谢菲尔德大学）；CSIC‐Universitat de València（西班牙高等科学研究理事会-瓦伦西亚大学）；University of Turin（都灵大学）
通过分析完全热化、温度抑制和Dodelson-Widrow三种惰性中微子模型，结合Planck、DESI DR2 BAO和超新星数据，发现完全热化模型被强烈排除，而部分填充模型仍可行，表明宇宙学数据主要约束有效丰度而非物理质量。
2026-08-19 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Thermalisation of light sterile neutrinos in the early universe
最近的宇宙学数据支持在三个活跃的中微子和光子之外的额外的相对论自由度，通常被称为“暗”辐射。轻无菌中微子是这种额外辐射的主要候选者之一。然而，基于当前宇宙学数据的无菌中微子的约束条件是使用关于大爆炸核合成（BBN）时期无菌中微子热化的简化假设推导出来的。这些假设不一定是合理的，在这里，我们解决了（1个活动+1不育）的情况下的完整的量子动力学方程，并推导出在BBN开始之前（T~ 1 MeV）零（L=0）和大（L=0.01）初始轻子不对称性和可能的质量混合参数范围内的热化物种的数量。我们发现，完整的热化假设在BBN时代是合理的初始小轻子不对称性。当初始轻子不对称性很大时，会发生部分或零热化。
2012-07-22 astro-ph.CO hep-ph
Visible in the laboratory and invisible in cosmology: decaying sterile neutrinos
本文研究低再加热温度宇宙中 keV 量级惰性中微子的产生与约束，指出其经 $Z^\prime$ 或新标量暗衰变可规避宇宙学限制、缓解哈勃张力，并有望被实验室实验探测。
2023-12-05 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Inflation models in the light of self-interacting sterile neutrinos
短基线中微子实验，如LSND和MiniBooNE实验，指向eV质量尺度的无菌中微子的存在。为了使不育中微子与宇宙学相一致，研究了不育中微子之间的自相互作用。本文分析了普朗克宇宙微波背景辐射（CMB）和自相互作用无菌中微子（SI $ν$）数据，并研究了它们对暴胀模型的影响。SI $ν$模型对CMB数据的拟合与$Λ$ CDM模型的拟合一样好。发现SI $ν$模型的谱指数（$n_s$）值向$0.9361\pm 0.0055$移动。这对不同通货膨胀模型的有效性有重大影响。例如，斯塔罗宾斯基和四次山顶模型，这是允许在$Λ$ CDM宇宙学，排除。另一方面，一些模型，如自然膨胀和科尔曼-温伯格膨胀，现在受到青睐。因此，具有eV量级质量的自相互作用无菌中微子的存在对正确的暴胀模型的选择将起重要作用。
2020-04-02 astro-ph.CO hep-ph
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
Can active-sterile neutrino oscillations lead to chaotic behavior of the cosmological lepton asymmetry?
虽然宇宙重子的不对称性已经被高精度地测量为6.1*10^-10，但如果轻子隐藏在中微子扇区中，那么相应的轻子不对称性可能高达10^-2。一段时间以来，人们已经知道，如果存在质量小于活动中微子质量的无菌中微子，那么小的初始不对称性可以产生大的不对称性。虽然末态轻子不对称性的大小是决定性的，但它的符号在本质上被证明是混沌的。这已经在单动量近似（也称为量子速率方程）中得到了证明，但到目前为止还没有使用完全动量依赖的量子动力学方程建立。在这里，我们研究这个问题，通过解决一个系统的1个活动和1个无菌中微子的自适应网格上的量子动力学方程。我们表明，通过增加分辨率的轻子不对称性的振荡被消除，轻子不对称性的符号实际上是确定的。本文还作为自适应求解器LASAGNA的启动文件，可在http://users-phys.au.dk/steen上获得。
2013-02-28 astro-ph.CO hep-ph
Sterile Neutrino Dark Matter from Generalized $CPT$-Symmetric Early-Universe Cosmologies
我们将辐射主导的$CPT$对称宇宙中的引力粒子产生推广到非标准的，但也是$CPT$对称的早期宇宙宇宙学。我们计算了右手“不育”中微子成为宇宙学暗物质所需的质量。由于一般的无菌中微子与标准模型的活性中微子混合，我们使用最先进的工具来计算超重无菌中微子暗物质衰变的伽马射线和高能活性中微子的预期光谱。我们证明了在早期宇宙中，无菌中微子从未处于热平衡。我们表明，非常高的能量切伦科夫望远镜可能会检测到一个信号的无菌中微子寿命高达约10 $^{27}$ s，而在高能量中微子望远镜，如冰立方的信号可以检测到的寿命高达10 $^{30}$ s，提供了一个更好的机会，在一个广阔的景观可能的质量检测。
2021-06-16 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
