Updated BBN constraints on electromagnetic decays of MeV-scale particles
在这项工作中，我们修改和更新模型独立的约束，从大爆炸核合成的兆电子伏级粒子$ϕ$衰减成光子和/或电子-正电子对。我们使用最新的原始丰度测定，并通过包括所有自旋统计因子以及逆衰变来扩展arXiv：1808.09324中的分析，从而显着加强了所得的边界，特别是对于小质量。对于$ϕ$的初始丰度非常受抑制的情况，这些效应变得更加重要，并且我们发现，即使是纯的“冻结”丰度也可以被显著地限制。与本文并行，我们发布了公共代码ACROPOLIS，该代码数值求解了评估光致衰变对最终轻元素丰度的影响所需的反应网络。作为一个有趣的应用，我们重新评估了由于铍的光分解而导致的锂问题的可能解决方案，并发现例如通过冷冻产生的ALP可以导致可行的解决方案。
2021-05-18 astro-ph.CO hep-ph
Implications of BBN Bounds for Cosmic Ray Upscattered Dark Matter
我们考虑大爆炸核合成（BBN）的限制轻暗物质的截面的核子是足够大，使加速散射的宇宙射线在本地星系。这种加速的DM然后可以在地面探测器中沉积能量。由于这个信号涉及到质量为~ keV - 100 MeV的DM，并且在相对论运动学体系中需要大于10^-31 cm ^2的大截面，我们发现，在这种情况下，DM粒子数一般与早期宇宙中的标准模型粒子平衡。对于足够低的DM质量< 10 MeV，对应于许多宇宙射线上散射研究的有利区域的大部分，这种平衡的DM人口增加了一个额外的组件的相对论能量密度周围T ~几MeV，从而破坏了BBN的成功预测。在剩余的~ 10-100 MeV质量范围内，这种情况下所需的大耦合要么目前被排除在外，要么在目前或未来基于加速器的搜索范围内。
2019-07-31 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
MeV-scale Seesaw and Leptogenesis
我们研究了具有三个右手中微子且Majorana质量低于π介子质量的I型跷跷板模型。在这个质量范围内，模型参数空间不仅受到解释轻中微子质量的要求的强烈约束，而且还受到实验研究和宇宙学考虑的约束。在现有的文献中，已经确定了潜在可行参数空间的三个不相交区域。在其中一个星系中，所有的重中微子都在大爆炸核合成前不久衰变。在其他两个区域，其中一个重中微子要么在BBN和CMB退耦之间衰变，要么是准稳定的。我们表明，以前未考虑的限制，从光致衰变的核几乎排除了所有相关的衰变之间发生的BBN和CMB去耦。非常值得注意的是，如果所有的重中微子都在BBN之前衰变，宇宙的重子不对称性可以用低尺度的轻子生成来解释，也就是说，除了避免实验和宇宙学约束所需的调整之外，不需要进一步的调整。这激发了在π衰变实验中寻找重中微子的动机。
2021-04-13 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
Constraints on Axion-Lepton coupling from Big Bang Nucleosynthesis
在这篇文章中，我们研究了类轴子粒子（ALP）和轻子之间的耦合对宇宙学，特别是大爆炸核合成（BBN）的影响。我们表明，BBN，通过相对论中微子物种的有效数量的约束，提供了最严格的约束的ALP-电子相互作用强度的质量之间的轴子20千电子伏和1兆电子伏。对于其他的质量值，BBN边界补充了恒星演化和实验室边界。
2020-07-29 astro-ph.CO hep-ph
An Extended Analysis of Heavy Neutral Leptons during Big Bang Nucleosynthesis
重中性轻子（Heavy Neutral Lepton，HNL）由于能够同时解释暗物质、中微子振荡和重子不对称等现象而受到理论界的强烈关注。这种粒子的存在将影响宇宙的膨胀历史和轻元素原始丰度的合成。在这项工作中，我们审查，修订和扩展的现象学的HNL在大爆炸核合成（BBN）时代的质量高达1 GeV。这是非常重要的，因为BBN能够为即将到来的和拟议的实验室实验提供补充边界。为此，我们已经开发了一个高精度的玻尔兹曼代码，模拟BBN在HNL的存在下，并考虑到所有相关的HNL衰变通道，以及随后的相互作用的衰变产物（热化和衰变淋浴），稀释由于QCD相变，活跃的中微子振荡和纠正弱反应速率。我们提出了强大的边界上的HNL的质量$3\,\mathrm{MeV}\leq m_N \leq 1\,\mathrm{GeV}$的寿命和混合角，并表明BBN能够约束HNL的寿命下降到$0.03 - 0.05$ s，这取决于混合模式。此外，将我们的结果与当前的实验搜索相结合，我们可以排除纯粹与电子中微子混合的HNL高达${\sim}$ 450 MeV，以及纯粹与μ子中微子混合的HNL高达${\sim}$ 360 MeV，在这两种情况下，寿命至少为几十秒。最后，我们比较了BBN约束与从宇宙微波背景观测中获得的约束，并探讨了我们的结果将如何通过一些即将进行的和拟议的实验室实验来改进。
2020-11-25 astro-ph.CO hep-ph
BBN And The CMB Constrain Light, Electromagnetically Coupled WIMPs
在轻WIMP（< 30 MeV）存在下，WIMP的性质、与标准模型粒子的耦合、质量m_chi和超出标准模型的等效中微子数Δ N_nu之间存在简并。这些简并不能被CMB对中微子有效数N_eff的限制所打破。然而，大爆炸核合成（BBN）是由一个轻的WIMP和等效的中微子，所以BBN和CMB的组合可以打破一些简并。在这里，我们探讨了在存在轻弱相互作用和等效中微子的情况下BBN对丰度的预测，并利用观测确定的残余丰度估计值来限制m_chi、Δ N_nu和当前宇宙重子密度（Ω_B h ^2）。这些限制进行了探讨马约拉纳和狄拉克费米子WIMP，以及真正的和复杂的标量WIMP耦合到电子，正电子和光子。在另一篇论文中，我们对只与标准模型中微子耦合的弱相互作用粒子重复了这一分析，并对这两种情况的约束条件进行了对比。如果没有轻弱相互作用，但考虑到等效中微子，BBN和CMB的组合约束有利于N_eff = 3.46 +/- 0.17，Omega_B h^2 = 0.0224 +/- 0.0003，Delta N_nu = 0.40 +/- 0.17。在这种情况下，标准的BBN（Δ N_nu = 0）在~98%的置信度下是不利的，而一个无菌中微子（Δ N_nu = 1）的存在在> 99%的置信度下是不利的。如果同时考虑一个轻的WIMP和Delta N_nu等效中微子，BBN和CMB的组合数据提供了WIMP质量…
2014-04-04 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
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
Exotic Sterile Neutrinos and Pseudo-Goldstone Phenomenology
我们研究的现象学的光（GeV规模）无菌中微子部门和伪戈德斯通玻色子（而不是majoron）与全球对称性在这个部门，是在一个高的规模打破。这样的场景可以从考虑单重费米子从一个隐藏的部门耦合到活跃的中微子通过重右手跷跷板中微子，有效地产生了一个次级，低能量的跷跷板框架。这样的场景允许丰富的现象学与宇宙学，暗物质和直接搜索的可观察的影响，涉及新的无菌中微子暗物质生产机制，从伪戈德斯通介导的散射或衰变，对无菌中微子的BBN边界的修改，在直接搜索实验中抑制典型的无菌中微子衰变通道，中微子退耦后宇宙中额外的中微子群体的后期注入，以及BBN或CMB退耦时可测量的暗辐射。
2019-03-13 astro-ph.CO hep-ph
Light WIMPs And Equivalent Neutrinos
非常轻的WIMP（chi），在早期宇宙后期湮灭的热遗迹，改变了BBN和复合时的能量和熵密度。BBN与CMB相结合，可以消除轻WIMP和等效中微子之间的一些简并性，限制它们的存在和性质。根据光WIMP（马约拉纳或狄拉克费米子，实标量或复标量）的性质，联合BBN + CMB分析将下限设定为0.5 - 5 MeV（m_chi/m_e > 1 - 10）的范围内的m_chi，它们确定了5 - 10 MeV范围内的m_chi的最佳拟合值。BBN + CMB联合分析发现等效中微子数的最佳拟合值Δ N_nu ~ 0.65，几乎与WIMP的性质无关。在没有轻WIMP（m_chi > 20 MeV）的情况下，N_eff = 3.05（1 + Delta N_nu /3）。在这种情况下，BBN和CMB之间有很好的一致性，但联合拟合显示Δ N_nu = 0.40+-0.17，不利于标准大爆炸核合成（SBBN）（Δ N_nu = 0）在~ 2.4 sigma，以及一个不育中微子（Δ N_nu = 1）在~ 3.5 sigma。最佳的BBN + CMB联合拟合不利于暗辐射的缺乏（Δ N_nu = 0，约95%的置信度），而允许存在无菌中微子（Δ N_nu = 1，约1 σ）。对于这里考虑的所有情况，锂问题仍然存在。这些结果在TAUP 2013会议上发表，基于Nollett & Steigman（2013）。
2014-02-21 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
Solving the Hubble tension without spoiling Big Bang Nucleosynthesis
从宇宙微波背景观测中得到的哈勃参数始终低于从局域测量中得到的哈勃参数，这可能预示着新的物理学。哈勃张力的解决方案通常需要相当数量的额外辐射$ΔN^{}_{\rm eff}$在重组。然而，早期宇宙中$ΔN^{}_{\rm eff}$的数量必然受到大爆炸核合成（BBN）的限制，这给这些解决方案带来了问题。我们提出了一种可能性，通过引入中微子自相互作用，通过一个简单的Majoron耦合，以逃避这个问题。标量比$1~{\rm MeV}$稍重，并允许在整个BBN时代完全热化。由于通过$ϕ\to ν\overlineν$反应的熵转移引起的中微子温度的升高补偿了大的$ΔN^{}_{\rm eff}$对BBN的影响。在这种情况下，与$0.7$一样大的$ΔN^{}_{\rm eff}$的值与BBN兼容。我们对模型的参数空间进行拟合。
2021-02-08 astro-ph.CO hep-ph
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
The Universe at the MeV era: neutrino evolution and cosmological observables
早期宇宙中的中微子物理是我们理解宇宙学后期阶段的关键，例如原始核合成（BBN）或大尺度结构的形成。未来十年，我们将有新的实验结果来更精确地探索和约束宇宙学模型--这需要强有力的理论预测。这篇博士论文研究了宇宙大爆炸后第一秒内中微子的演化，更准确地说，是在宇宙温度为1兆电子伏的时候。这种演变是通过数值求解动力学方程，我们提出了一个新的推导。第一个应用是计算所谓的“标准”退耦，以计算量化原始相对论性物质能量密度的宇宙学参数$N_\mathrm{eff}$，精确到万分之几。这项研究强调了有效地描述风味振荡现象的可能性，利用所涉及的时间尺度的大分离。这样的近似，然后适应和验证的情况下，中微子和反中微子之间的非零不对称性。最后，我们半解析地研究了中微子不完全退耦对BBN的影响，以了解氦和氘的原始丰度如何受到这种物理学的影响。
2022-09-14 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on Light Dark Matter from Big Bang Nucleosynthesis
我们研究了遗迹暗物质湮灭对大爆炸核合成（BBN）的影响。这些效应的大小与我们推导出的暗物质质量和湮灭截面成简单的比例。基于这些标度行为的估计表明，BBN严重约束强子和辐射暗物质湮灭通道在以前未考虑的暗物质质量区域兆电子伏$\lesssim m_χ \lesssim 10$ GeV。有趣的是，我们发现BBN约束强子湮灭通道的竞争与类似的边界来自宇宙微波背景。
2012-05-29 hep-ph
Recycled Dark Matter
提出暗物质“循环”产生机制：暗区粒子在暗相变中困于假真空并坍缩成原初黑洞，后者在BBN前蒸发重新生成粒子，特别适合产生质量大于 $\sim 10^{12}\\,{\rm GeV}$ 的超重暗物质，且通过指数抑制获得正确遗迹密度。
2024-03-20 astro-ph.CO hep-ph
Light WIMPs, Equivalent Neutrinos, BBN, and the CMB
将最近对氦和氘原始丰度的观测测定结果的更新与BBN的预测进行比较，以推断重子与光子的普适比（或目前的宇宙重子质量密度参数Omega_B h^2），并限制中微子的有效数（N_eff）和等效中微子数（Δ N_nu）。这些BBN的结果进行比较，来自独立的普朗克CMB数据。在没有轻WIMP（chi）的情况下，N_eff = 3.05（1 + Delta N_nu/3）。在这种情况下，BBN和CMB之间有很好的一致性，但联合拟合发现Δ N_nu = 0.40 +/- 0.17，不利于2.4 σ的标准大爆炸核合成（SBBN：Δ N_nu = 0），以及3.5 σ的无菌中微子（Δ N_nu = 1）。在存在轻WIMP的情况下，N_eff和Delta N_nu之间的关系取决于WIMP质量，导致N_eff、Delta N_nu和m_chi之间的简并。互补和独立的BBN和CMB数据可以打破这些简并。根据光WIMP（马约拉纳或狄拉克费米子，实标量或复标量）的性质，联合BBN + CMB分析将m_chi的下限设定在0.5至5 MeV的范围内，并且它们确定了m_chi在5至10 MeV范围内的最佳拟合值。BBN + CMB的联合分析发现了等效中微子数的最佳拟合值，Δ N_nu = 0.65，几乎与WIMP的性质无关。最佳拟合仍然不支持不存在暗辐射（在95%的置信度下，Δ N_nu = 0），同时允许存在无菌…
2014-01-21 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
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
Cosmological bounds on sub-MeV mass axions
质量大于0.7 eV的轴子被宇宙学精确数据排除在外，因为它们提供了太多的热暗物质。虽然对于质量超过20 eV的轴子寿命下降到宇宙的年龄以下，我们表明，宇宙学的排斥范围可以从0.7 eV扩展到300千电子伏，主要是由宇宙氘丰度：轴子衰变将强烈修改重子光子比在BBN相对于一个在CMB去耦。其他的论点包括中微子稀释相对于光子的轴子衰变和光谱CMB扭曲。我们新的宇宙学约束补充了恒星演化极限和实验室界限。
2011-01-21 astro-ph.CO hep-ph
BBN Constraint on Heavy Neutrino Production and Decay
本文探讨了BBN对标准模型中重中微子的约束，在仅含质量与混合参数的极简模型中分析了其产生与衰变机制，描绘了BBN排除的参数空间，并指出该约束是对地面寻找重中微子的重要补充。
2025-04-02 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Hot New Early Dark Energy bridging cosmic gaps: Supercooled phase transition reconciles (stepped) dark radiation solutions to the Hubble tension with BBN
本研究提出基于暗希格斯一阶相变的热新型早期暗能量模型，通过复合前两次相对论自由度增加缓解哈勃张力，且符合BBN限制，还预言了可观测的引力波等信号。
2024-04-10 astro-ph.CO hep-ph
Bounds on the Tsallis Parameter from a deformed Neutrino Sector in the Early Universe
Universidad Católica del Norte（天主教辅仁大学）
本文基于Tsallis非广延统计，研究早期宇宙中微子能量密度分布，并通过CMB+BAO和BBN数据约束Tsallis参数q，得到95%和99%置信度下的q界限。
2026-02-02 astro-ph.CO hep-ph
Big Bang Darkleosynthesis
在一类流行的模型中，暗物质包括一个非对称的复合粒子群，它们具有来自受限非阿贝尔规范群的短程相互作用。我们表明，耦合这个部门的一个动机良好的光介质粒子产生有效的darkleosynthesis，暗部门版本的大爆炸核合成（BBN），在参数空间的通用区域。暗物质自相互作用边界通常要求约束尺度高于Λ QCD，这通常会产生大的（>>MeV/暗核子）结合能。这些边界进一步表明介质是相对弱耦合的，因此暗扇区核之间的排斥力比标准模型核之间的库仑排斥力弱得多，这导致了标准BBN的指数势垒隧穿增强。因此，暗原子核比具有可比质量数的可见物质更容易制造，更难破碎。该过程可以有效地产生质量显著大于限制尺度的占优势的状态群体，并且与作为基本粒子的暗物质相比，可以允许占优势形式的暗物质具有> 3/2的高自旋。
2016-02-29 astro-ph.CO hep-ph
Effects of Long-lived 10 MeV Scale Sterile Neutrino on Primordial Elemental Abundances and Effective Neutrino Number
根据贫金属星的观测结果推断的原始锂丰度比标准大爆炸核合成（BBN）模型的理论值小3倍。我们假设一个简单的模型，其中包含一个质量为O（10）MeV的无菌中微子nu_H，它在BBN之后衰变很长时间。然后，我们研究了无菌中微子衰变的宇宙学效应。我们将nu_H衰变产生的电子和正电子诱导的非热光子的注入谱表示为nu_H质量和光子温度的函数。然后，我们一致地解决了（1）宇宙热历史，（2）非热光子诱导的非热核合成，（3）重子光子比η，（4）有效中微子数N_eff。nu_H衰变的能量注入量受到原始D和7 Li丰度、Neff值和宇宙微波背景能谱的限制。我们发现7 Be在10^4-10^5 s的寿命和>~ 14 MeV的质量范围内发生了光衰变，Li问题得到了部分解决。7 Be破坏超过3倍是不可能的，因为相关的D过度破坏。在参数区域中，eta值略微减小，而N_eff值增加了<~ 1的因子。修正了文献中关于7 Be（g，a）3 He和7 Li（g，a）3 H光致衰变截面的误差。然后发现，新的光致衰变率比旧的速率小2.3至2.5倍，因此7 Be和7 Li的光致衰变效率明显更小。
2014-08-11 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
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
Neutrino-Dark Sector Equilibration and Primordial Element Abundances
New York University（纽约大学）；Boston University（波士顿大学）
研究中微子与暗物质领域平衡对原始元素丰度的影响，通过计算轻元素丰度和约束条件，探讨不同温度和自由度对宇宙早期演化的影响。
2024-02-15 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
Early-universe constraints on the electron mass
University of Turin（都灵大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN)（意大利国家核物理研究所）；Instituto de Fisica Corpuscular (IFIC), CSIC-UV（粒子物理联合研究所）
通过研究非标准电子质量对中微子退耦和太初核合成的影响，利用观测轻元素丰度和有效中微子代数约束，得到早期宇宙电子质量的1σ界限，支持其宇宙学时间尺度上的恒定性。
2026-05-27 astro-ph.CO hep-ph
Extending the MSSM with singlet Higgs and right handed neutrino for the self-interacting dark matter
为了满足BBN的要求，在GNMSSM的单重态Higgs扇区中加入了右手中微子。计算了光谱和费曼规则。还研究了暗物质现象学。在$ł\sim 0$的情况下，单重态扇区可以给出暗物质残留丰度和小宇宙学结构模拟的完美解释。光介质的BBN约束可以很容易地通过衰变到右手中微子来解决。当$ł_N$为$\mathcal{O}(0.1)$量级时，介质的质量可以被限制为几MeV
2016-02-11 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
Cosmological Implications of Gauged $U(1)_{B-L}$ on $ΔN_{\rm eff}$ in the CMB and BBN
本文研究了源自规范 U(1)_{B-L} 的轻玻色子 X 通过冻结产生对 CMB 和 BBN 中 ΔN_eff 的影响，发现该规范对称性受 ΔN_eff 约束比以往更强，且未来 CMB 观测可探索新的参数空间。
2024-04-29 astro-ph.CO hep-ph
Observational Constraints on Secret Neutrino Interactions from Big Bang Nucleosynthesis
我们通过$g^{}_ϕ \overlineν νϕ$研究了中微子和大质量标量玻色子之间可能的相互作用（或通过$g^{}_V \overlineν γ^μνV^{}_μ$研究大质量矢量玻色子），并通过要求这些秘密的中微子相互作用（SNI）不应破坏大爆炸核合成（BBN）的成功，探索耦合常数$g^{}_ϕ$（或$g^{}_V$）和标量（或矢量）玻色子质量$m^{}_ϕ$（或$m^{}_V$）的允许参数空间。将SNI转换为BBN时代早期宇宙的演化，我们数值求解玻尔兹曼方程，并将轻元素丰度的预测与观测结果进行比较。事实证明，在标量玻色子情况下，由于自由度的数量很少，对$g^{}_ϕ$和$m^{}_ϕ$的约束相当弱。然而，在矢量玻色子的情况下，在$95~\%$置信水平上的耦合$g^{}_V \lesssim 6\times 10^{-10}$上的最严格的约束是针对$m^{}_V \simeq 1~{\rm MeV}$获得的，而对于较小的质量$g^{}_V \lesssim 8\times 10^{-6}$，该约束变得弱得多。此外，我们还详细讨论了SNI对宇宙演化和最轻元素丰度的影响。
2018-04-01 astro-ph.CO hep-ph
Consequences of neutrino self interactions for weak decoupling and big bang nucleosynthesis
我们计算并讨论了中微子自相互作用对早期宇宙弱退耦和大爆炸核合成（BBN）物理的影响。在这种标准模型的中微子扇形扩展中，中微子可能不会自由流动，但可以保持彼此的热耦合。然而，中微子与早期宇宙中的光子、电子-正电子和重子成分之间的能量和熵交换，只能通过普通的弱相互作用进行。我们研究了中微子自相互作用对原始氦和氘丰度以及$N_{\rm eff}$（光子退耦时相对论能量密度的测量）的影响。这些量是在弱解耦时期的物理学中确定的，或者可能受其影响。自相互作用中微子已经被用来解决一些异常，包括作为改善哈勃参数紧张的可能手段。我们的计算表明，令人惊讶的微妙的变化BBN伴随着这些中微子自相互作用的计划。这种微小的信号需要高精度的测量，使得氘在这里探索的模型中成为BBN约束的最佳丰度。
2020-05-06 astro-ph.CO hep-ph
MeV Dark Matter: Model Independent Bounds
我们使用暗物质有效场论的框架来研究质量在MeV范围内的暗物质粒子边界的互补性。考虑到重整化群运行引起的算符间的混合，我们施加了来自CMB、BBN、LHC、LEP、直接探测实验和介子衰变的实验约束。特别是，我们专注于暗物质和标准模型费米子之间的矢量耦合的情况下，并研究在何种程度上未来的实验可以希望探测区域的参数空间尚未排除由目前的数据。
2017-09-04 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
Big Bang Nucleosynthesis and the Neutrino-Extended Standard Model Effective Field Theory
University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）；Nikhef, Theory Group（尼赫夫理论组）；Bethe Center for Theoretical Physics & Physikalisches Institut der Universität Bonn（波恩大学贝特理论物理中心及物理研究所）；Department of Physics, Faculty of Science, University of Zagreb（萨格勒布大学理学院物理系）
本文研究了轻GeV尺度的重中性轻子对大爆炸核合成的影响，并确定了未来实验室探测νSMEFT参数空间的目标区域。
2026-02-13 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Freeze-in Dark Matter from Secret Neutrino Interactions
我们研究了一个简化的冻结暗物质模型，其中暗物质只通过一个光标量与标准模型中微子相互作用。冻结机制的极小耦合在几个中微子入口场景中自然地实现了秘密中微子相互作用。我们研究了暗扇区可能的演化历史：如果暗扇区粒子之间的相互作用可以忽略，暗扇区将经历纯冻结产生，而如果暗物质和标量介质的再湮灭足够快，暗扇区内可能发生热平衡。我们调查的遗迹丰度在冻结和黑暗冻结制度，计算暗温度的演变，并研究其唯象方面的BBN和CMB的约束，间接检测签名，以及解决小尺度结构问题的潜力。
2020-06-04 astro-ph.CO hep-ph
A Thermal Neutrino Portal to Sub-MeV Dark Matter
在核合成和复合时，比MeV轻的热遗迹对宇宙的能量密度有贡献。对额外辐射自由度的约束通常甚至排除了这种最简单的暗扇区。我们探讨了亚MeV暗区在中微子-光子退耦后与标准模型达到平衡的可能性，这大大削弱了这些约束，并在中微子质量产生的背景下通过轻子数的自发破缺自然产生。获得足够的暗物质丰度，通过引力、物质辐射等同性和中微子质量标度$(m_\text{Pl} / T^\text{MRE})^{1/4} \, m_ν\sim \text{MeV}$的重合，独立地激发了这些模型中的MeV标度。这类设想将通过未来对宇宙微波背景和宇宙物质结构的测量进行决定性的检验。虽然暗区主要与标准模型中微子相互作用，但原则上与核子的大耦合是可能的，从而导致在拟议的低阈值直接检测实验中可观察到的信号。
2018-07-11 astro-ph.CO hep-ph
Dark matter production from two evaporating PBH distributions
本研究提出在早期物质主导宇宙中引入两种单色蒸发PBH分布，以克服BBN约束，使(1-10^9) GeV费米子DM能够解释观测遗迹丰度。
2023-08-18 hep-ph
Constraining the cosmic radiation density due to lepton number with Big Bang Nucleosynthesis
宇宙能量密度在大爆炸核合成（BBN）之前和期间以辐射形式存在，通常用中微子的有效数量N_eff来参数化。在没有额外自由度的情况下，这个量取决于表征三种活性中微子分布的化学势和温度，以及它们可能的非热特征。在目前的分析中，我们确定的上限，BBN的地方N_eff从原始中微子-反中微子不对称性，与一个仔细的治疗的中微子振荡的动力学。我们考虑了中微子扇区中轻子总数eta_nu= eta_{nu_e} + eta_{nu_mu} + eta_{nu_tau}和初始电子中微子的不对称性eta_{nu_e} ^^中相当宽的范围，求解了相应的动力学方程，这些方程决定了由于碰撞、对过程和味振荡引起的中微子（反中微子）在相空间中的分布动力学.利用中微子分布随时间的演化，以及最新的原初~ 2 H/H密度比和~ 4 He质量分数的测定，得到了中微子扇区轻子总数和BBN起始时nu_e -bar{nu}_e不对称性的新的界.注意，取WMAP测量的重子分数，2 H/H丰度在限制eta_nu - eta_{nu_e} ^在平面上的允许区域中起着相关的作用。这些界限确定了具有原始不对称性的中微子对N_eff的最大贡献作为混合参数θ_13的函数，并指出上限N_eff < 3.4。将这些结果与普朗克卫星即将进行的N_eff测量结果进行比较，可能会提供关于宇宙辐射含量性质的见解。
2011-03-21 astro-ph.CO hep-ph
Implications of mirror neutrinos for early universe cosmology
精确宇称模型（英语：Exact Parity Model，缩写为EPD）是一种关于中微子质量和混合的理论，可以解决大气、太阳和LSND的异常。中微子扇区的中心特征是三对最大混合的普通中微子和镜像中微子。在大爆炸核合成（BBN）之前的早期宇宙中，普通镜中微子振荡可以产生大的中微子不对称性。大的中微子不对称性一般抑制镜像中微子的产生，足够大的$ν_e$不对称性可以直接影响通过核反应速率的轻元素合成。在本文中，我们提出了一个详细的计算的中微子不对称性的演变驱动的六味中微子部门，专注于对BBN的影响。
1999-04-15 astro-ph hep-ph
Sub-MeV Self Interacting Dark Matter
本文提出了一个具有强自相互作用的亚MeV暗物质模型，它可以解决$Λ$ CDM的一些小尺度危机。暗物质是一种马约拉纳费米子，它只与隐藏的$U(1)_D$规范玻色子发生非对角相互作用。残余密度是通过冻结出玻尔兹曼抑制湮灭到一个轻的费米子物种。自相互作用是一个单回路过程，并被限制在0.1至1 cm $^2$ /g之间。BBN对$N_{eff}$的严格限制要求暗区和可见区在冻结期间不处于热平衡。这种温度不对称的影响进行了研究。
2018-06-21 hep-ph
Inside the Black Box of Big Bang Nucleosynthesis: A Comprehensive Sensitivity Atlas for the Precision Era
Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学宇宙科学研究所）
本文研究了大爆炸核合成中氦-4、氘和锂-7以及N_eff对14个基本粒子物理和宇宙学参数及63个热核反应速率的敏感性，结合最新LBT数据评估理论不确定性。
2026-08-03 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Nucleosynthesis with Massive Tau Neutrinos
一个巨大的长寿命的τ中微子在MeV制度修改了原始轻元素丰度预测的大爆炸核合成（BBN）计算。这种效应被用来推导τ中微子质量的极限。由于最近的观测情况变得有些混乱，部分，本质上不一致，我们重新考虑的τ中微子质量的BBN限制。为此，我们使用我们新开发的BBN代码来计算原始丰度作为tau中微子质量和宇宙重子密度η的函数。我们推导出几组所谓的原始丰度的η-τ-中微子-质量-平面的一致性区域。在某些情况下，一致区只存在于τ中微子质量不为零时。目前，BBN并没有提供支持或反对τ中微子质量的明确证据。
2000-04-17 astro-ph hep-ph
A multi-temperature universe can allow a sub-MeV dark photon dark matter
本文分析了亚MeV暗光子作为暗物质的两个隐区，其中一个隐区直接与可见区相互作用，而另一个隐区只与可见区间接耦合。发展了可见部分和两个隐藏部分的三个浴温演化的形式主义，并将其用于耦合三个部分的玻尔兹曼方程的求解。我们提出了排除图的亚MeV暗光子可以是暗物质。该分析可以扩展到具有多个隐藏扇区和多个热浴的多温度宇宙。
2021-06-04 hep-ph
Constraining MeV to 10 GeV majoron by Big Bang Nucleosynthesis
本文研究质量在 MeV 至 10 GeV、主要衰变为中微子的 majoron 所受的大爆炸核合成约束，发现氘丰度给出最强限制，并排除了能解释观测 7Li 丰度的参数范围。
2024-07-01 hep-ph nucl-th
Constraints on primordial lepton asymmetries with full neutrino transport
本文针对原初中微子不对称性限制的简化方法缺陷，结合MeV时代中微子演化代码与BBN计算，解决味平衡不成立和再加热相关问题，发现当前观测下初始不对称性空间无界，预测未来CMB实验可扭转此局面。
2024-11-27 astro-ph.CO hep-ph
Increasing Neff with particles in thermal equilibrium with neutrinos
最近关于增加早期宇宙中中微子种类（Neff）的有效数量的工作集中在引入额外的相对论性种类（“暗辐射”）。我们提请注意另一种可能性：一种质量小于10 MeV的新粒子，它与中微子保持热平衡，直到它成为非相对论性粒子，从而增加了中微子相对于光子的温度。我们证明，这导致一个值的Neff是大于3，在CMB形成的Neff是大于在BBN。我们调查这些粒子的约束，从原始丰度的氦和氘在BBN和从CMB功率谱ACT和SPT测量，发现他们目前相对不受约束。我们预测了普朗克卫星对这种情况的敏感性：除了显着改善对粒子质量的约束外，在参数空间的某些区域，它还可以区分新粒子是实标量还是复标量。
2012-12-17 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Constraints on Very Dark Photons
我们探索的宇宙学后果的动力学混合暗光子的质量在1 MeV和10 GeV之间，和一个有效的电磁精细结构常数小到$10^{-38}$。我们计算了这些暗光子在早期宇宙中的冻结丰度，并探讨了后期衰变对BBN和CMB的影响。这导致对质量$m_V$与动力学混合参数$κ$的参数空间的新约束。
2014-07-10 astro-ph.CO hep-ph
Supersymmetric leptogenesis and light hidden sectors
热稀薄成因和超重力是标准模型之外的物理学中有吸引力的场景。然而，众所周知，超弱相互作用的引力子往往导致问题的原始核合成的标准方案中的物质宇称守恒MSSM +三右手中微子。我们将提出并比较两个相关的解决方案，这些问题：1）BBN和leptogenesis之间的冲突可以避免存在一个隐藏的部门与轻超对称粒子，打开新的衰变通道的危险的长寿命粒子。2)如果在隐藏扇区中存在凝聚态，那么这种额外的衰变通道可以通过隐藏扇区中物质宇称的动力学破缺来打开。
2010-09-29 hep-ph
WIMPless Dark Matter from an AMSB Hidden Sector with No New Mass Parameters
我们提出了一个模型，其中暗物质处于反常介导的超对称性破缺的U（1）xU（1）规范对称性的隐藏扇区中。模型的对称性稳定了暗物质，并禁止引入新的质量参数。因此，热遗迹密度完全由引力子质量和无量纲耦合决定。假设非分层耦合，热遗迹密度约为0.1，与暗物质的质量和相互作用强度无关，实现了无WIMP的奇迹。这个模型有几个显著的特点。对于粒子物理学来说，暗物质的稳定性与可见光区的R宇称破坏完全一致，这意味着超伴体对撞机的签名;此外，热遗迹的质量可能是~ 10 GeV或更轻，这是最近直接探测结果的兴趣。有趣的天体物理特征是暗物质通过长程力的自相互作用，以及无质量的隐藏光子和费米子，它们对BBN和CMB的相对论自由度的数量有贡献。后者特别有趣，考虑到目前额外自由度的迹象和普朗克天文台不久的将来的结果。
2011-11-18 astro-ph.CO hep-ph
Interpretation of XENON1T excess with MeV boosted dark matter
KeV电子反冲事件的XENON 1 T过量可能是由电子和具有MeV质量和高速的长寿命粒子的散射引起的。我们考虑一个有形的模型组成的两个标量MeV的暗物质（DM）粒子$S_A$和$S_B$来解释氙1 T keV的过剩通过增强$S_B$。引入了小质量分裂的$m_{S_A}-m_{S_B}>0$，通过$S_A S_A^\dagger \to ϕ\to S_B S_B^\dagger$的暗湮灭过程，通过共振标量$ϕ$，可以产生增强的$S_B$. $S_B-$电子散射由矢量玻色子$X$介导。虽然来自BBN、CMB和低能实验的约束将$X-$介导的$S_B-$电子散射截面设置为$\lesssim 10^{-35} \mathrm{cm}^2$，但今天具有共振增强暗湮灭的MeV尺度DM仍然可以提供足够的增强的$S_B$并诱导XENON 1 T keV过量。由于受到CMB和21 cm吸收的限制，$S_B S_B^\dagger \to X X$的$s$波过程显著降低了$S_B$的残余密度。一个非常小的残留分数的$S_B$是兼容的DM直接检测和$S_A$-电子散射的非增强$S_B$-电子散射的严格界限。
2022-04-30 astro-ph.CO hep-ph
Imprints of MeV Scale Hidden Dark Sector at Planck Data
新的光种可以增加普朗克精确测量的宇宙微波背景下的有效相对论自由度（$N_{\rm eff}$）。在这项工作中，我们考虑了一个兆电子伏规模的热解耦非最小的暗部和研究的印记的暗部动态测量的$N_{\rm eff}$在CMB形成的时间。根据普朗克对$N_{\rm eff}$和暗物质遗迹密度的测量结果，我们预测了模型参数空间的允许区域。结果表明，在暗扇区粒子的非分级质谱的情况下，暗扇区动力学对$N_{\rm eff}$的影响是显著的。
2022-09-29 hep-ph
Analyzing the Hubble tension through hidden sector dynamics in the early universe
SH0ES合作组最近的分析证实了在$5σ$水平上，在高红移（$z> 1000$）和低红移（$z<1$）测量之间存在哈勃张力，低红移测量给出更高的值。在这项工作中，我们提出了一个粒子物理模型，可以帮助缓解哈勃的紧张局势，通过一个不平衡的隐藏部门耦合到可见部门。填充在暗区的粒子包括一个充当暗物质的暗费米子、一个暗光子、一个有质量的标量和一个无质量的赝标量。假设在暗扇区中没有初始粒子群，可见扇区和隐藏扇区之间通过动力学混合的微弱耦合填充暗扇区，即使隐藏扇区粒子的数密度从未达到它们的平衡分布，并且两个扇区保持在不同的温度下。一个宇宙学一致的分析，提出了一个相关的演化的可见和隐藏的部门与耦合玻尔兹曼方程涉及两个温度，一个为可见的部门和其他的隐藏部门，进行。用这种双温形式计算了由暗费米子组成的暗物质的残余密度。因此，支持BBN预测，对$ΔN_{\rm eff}$的贡献最小。然而，在接近复合时间时，有质量标量到无质量赝标量的非平衡衰变会导致$ΔN_{\rm eff}$的增加，这有助于减弱哈勃张力。
2022-04-05 astro-ph.CO hep-ph
