Cosmological neutrino mass detection: The best probe of neutrino lifetime
未来的宇宙学数据可能会对中微子质量的有限总和的影响敏感，甚至小到~0.06 eV，这是中微子振荡实验所保证的下限。我们表明，宇宙学检测中微子质量在这一水平将提高许多数量级的中微子寿命的现有限制，并作为一个结果，中微子的秘密相互作用与（准）无质量的粒子在majoron模型。另一方面，中微子衰变可能为解释宇宙中微子边界与实验室数据之间<0.1 eV的差异提供了一条出路。
2007-04-23 astro-ph hep-ph
Strongest model-independent bound on the lifetime of Dark Matter
暗物质对于宇宙后期的结构形成至关重要，因此它在宇宙学时间尺度上必须是稳定的。但到底有多稳定？仅假设衰变为相对论粒子，我们报告了一个其他模型独立约束的寿命暗物质使用目前的宇宙学数据。由于这些衰变只影响CMB的低$\ell$多极子，因此暗物质的寿命预计与张量标量比$r$以及曲率$Ω_k$相关。我们考虑两个模型，分别包括$r$和$r+Ω_k$，与普朗克，WMAP，WiggleZ和重子声学振荡的数据，有或没有BICEP 2的数据（如果解释的原始引力波）。这导致CDM寿命的下限为160 Gyr（无BICEP 2）或200 Gyr（有BICEP 2），置信水平为95%。
2014-07-09 astro-ph.CO 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
Model-independent energy budget of cosmological first-order phase transitions
我们研究了一阶宇宙学相变的能量收支，这是预测由此产生的引力波谱的一个重要因素。以前，这种分析主要基于简化模型，例如袋状态方程。在这里，我们提出了一个模型无关的方法，是准确的，直到温度依赖性的声速在断相。我们发现，在流体动力学分析中进入的唯一相关的量是破碎相中的声速和两相之间的能量和压力差的线性组合，我们称之为伪迹（归一化为破碎相中的焓）。伪迹量化了相变的强度，并产生了相对论等离子体（声速的平方为三分之一）的能量动量张量的常规迹线。我们研究这种方法在几个现实的相变模型，并提供了一个代码片段，可用于确定一个给定的相变强度和声速的效率系数。事实证明，我们的方法是准确的百分比水平为中等强度的相变，而以前的方法最多给正确的数量级。
2020-11-19 astro-ph.CO hep-ph
Adiabatic Duality: Duality of cosmological models with varying slow-roll parameter and sound speed
在文献中已经提出了数千种早期宇宙的宇宙学模型，其中许多模型声称能够产生观测数据所支持的标度不变功率谱。因此，思考它们之间是否存在某些关系是很有趣的，例如，二元关系。本文在广义相对论框架下研究了不同慢滚参数$ε$和声速$c_s$的宇宙学模型之间的对偶关系，即“绝热对偶”。几个对偶关系制定解析和数值验证。我们证明了具有不同$ε$和常数$c_s$的模型在标量谱指数上可以是对偶的，但在张量谱指数上不是对偶的。另一方面，允许$ε$和$c_s$都变化可以使模型在标量和张量谱指数上都是对偶的。
2021-04-06 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The effective speed of sound in cosmological perturbation theory
St. Stephen’s College, University of Delhi（德里大学圣斯蒂芬学院）
在多场/流体宇宙学系统中引入有效声速新定义，其具有规范不变性且依赖背景，能量化微扰。此定义推广了单场情况，还推导相关方程，证明大尺度下初态绝热微扰保持绝热。
2026-07-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Determining the Neutrino Lifetime from Cosmology
我们探讨的宇宙学信号的理论，中微子衰变成不可见的暗辐射后，成为非相对论性。我们表明，在这种情况下，不久的将来从欧几里得卫星的大尺度结构测量，当结合从普朗克的宇宙微波背景数据，可能允许一个独立的测定中微子的寿命和它们的质量之和。这些参数可以独立确定，因为欧几里得数据将覆盖一系列红移，允许跟踪结构随时间的增长。如果中微子在宇宙学时间尺度上是稳定的，这些观测可以将中微子寿命的下限提高7个数量级，从$\mathcal{O}(10)$年提高到$2\times 10^8$年（$95\%$ C.L.），而不会显著影响中微子质量的测量。另一方面，如果中微子在变为非相对论性后衰变，但衰变的时间尺度小于$\mathcal{O}(100)$百万年，那么这些观测结果不仅可以首次测量中微子质量的总和，还可以从宇宙学角度确定中微子的寿命。
2020-02-19 astro-ph.CO hep-ph
Sound velocity effects on the phase transition gravitational wave spectrum in the sound shell model
宇宙学一级相变引力波可以为研究早期宇宙提供一种新的方法。在大多数情况下，来自声波机制的声学引力波占主导地位。考虑对称相和破碎相的声速不同，在声壳模型中研究了声速对声相变引力波谱的影响。结果表明，不同的声速可以明显地改变引力波功率谱的峰值频率和峰值振幅。因此，采用更真实的声速可能会为各种引力波实验提供更准确的预测。
2022-05-12 astro-ph.CO hep-ph
Induced gravitational waves as a cosmological probe of the sound speed during the QCD phase transition
粒子物理学的标准模型是一个非常成功的模型。然而，它们的丰富的现象所代表的相变（PT）尚未完全理解，包括未知的暗扇区的存在的可能性。本文研究了利用宇宙中的引力波测量PT等离子体的状态方程参数$w$和声速$c_{\rm s}$。虽然GW的传播本身对$c_{\rm s}$不敏感，但声速值影响原始密度（或标量曲率）扰动的动力学，并且由其视界再入引起的GW可以是$w$和$c_{\rm s}$的间接探测器。我们数值揭示了具体的频谱预测诱导GW的标量扰动谱的两个简单的例子：单色和标度不变的光谱。在单色光情况下，我们看到，诱导GW的共振放大和抵消尺度分别依赖于不同时刻的$c_{\rm s}$值。尺度不变的情况下，给出了一个更现实的光谱，其具体形状将与观测进行比较。特别是，QCD相变与脉冲星定时阵列（PTA）观测的频率范围相对应。如果原始标量功率的振幅在$10^{-4}\lesssim A_ζ\lesssim10^{-2}$范围内，则诱导GW与当前观测约束一致，并且在未来的平方公里阵列观测中可检测到。然而，最近NANOGrav 12.5年分析可能检测到的随机GW ~[1]可以用$A_ζ\sim\sqrt{7}\times10^{-3}$的诱导GW来解释。
2020-10-13 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Limits on the Neutrino Mass and Lifetime
目前，中微子质量之和$\sum m_ν$的最强上限来自宇宙学测量。然而，这个界限假设中微子在宇宙学时间尺度上是稳定的，如果中微子的寿命小于宇宙的年龄，这个界限就不成立了。在本文中，我们探讨了宇宙学信号的理论，中微子衰变到不可见的暗辐射的时间尺度上的宇宙年龄，并确定在这种情况下的中微子质量的总和的约束。我们集中在中微子衰变后成为非相对论性的情况下。我们推导了在不稳定中微子情况下控制密度扰动宇宙学演化的玻尔兹曼方程，并通过数值求解来确定宇宙微波背景对物质功率谱和透镜效应的影响。我们发现结果承认一个简单的分析理解。然后，我们使用这些结果进行Monte Carlo分析的基础上，目前的数据，以确定中微子质量的总和作为中微子寿命的函数的限制。我们表明，在衰变中微子的情况下，$\sum m_ν$的值高达0.9 eV的数据仍然是允许的。我们的研究结果具有重要的意义，已被设计用于检测中微子质量的实验室实验，如KATRIN和KamLAND-ZEN。
2020-05-01 astro-ph.HE hep-ph
Linear Point and Sound Horizon as Purely Geometric standard rulers
我们知道，在成团关联函数中的重子声学振荡特征（BAO）可以为我们提供独立于宇宙背景模型和原始微扰参数的宇宙距离测定。这些测量可以严格地通过Pestrian Geometric BAO方法来完成。到目前为止，已经提出了两种不同的Pingdom几何BAO方法。第一种是利用线性点标准尺。第二种方法称为相关函数模型拟合，利用了声音水平标准尺。它们之间的一个关键区别是，当从聚类数据估计时，线性点使用宇宙模型无关的程序来提取标尺与宇宙距离的比值，而相关函数模型拟合依赖于关联函数的唯象宇宙学模型。然而，这两个统治者需要独立于任何具体的观察对象而被精确地定义。我们定义了线性点和声视界，并描述和比较了两个统治者的宇宙参数依赖性。我们发现，它们都是几何精度内所需的，他们有相同的参数依赖性的参数值范围很广。我们估计的统治者的最佳拟合值和误差给出的宇宙学约束普朗克卫星团队从CMB测量。我们这样做的三个不同的宇宙学模型所涵盖的PSTGEOMETRIC BAO方法。在每种情况下，我们发现，相对误差的两个标尺一致，他们是不敏感的假设宇宙模型。有趣的是，当我们在LCDM中不将空间几何固定为平坦时，线性点和声音视界都移动了$0.5σ$。这表明统治者对不同宇宙学模型的敏感性，当它们从CMB估计时。
2019-10-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmological and Astrophysical Bounds on Neutrino Masses and Lifetimes
稳定和不稳定轻中微子质量的最佳上限来自于总质量密度的上限，正如从宇宙动力学年龄的下限$t_0> 13$ Gyr推断的那样：如果宇宙是物质主导的，$m_ν<35(23)\times$ max $ [1, (t_0/τ_ν)^{1/2}]$ eV，根据宇宙学常数是（不）允许的。对轻中微子辐射衰变的最佳限制来自于未能观测到超新星1987 A中微子伴随的瞬发伽马射线：对于任何$m_ν > 630$ eV，这提供了比红巨星或白矮星更强的中微子跃迁矩。对于$m_ν> 250$ eV或$τ_ν< t_{rec}\sim 7\times 10^{12}$ sec，辐射分支比的上限甚至比从宇宙背景辐射的$μ$ -畸变的极限得到的还要小。我们的研究结果改善了早期的宇宙学和辐射衰变约束的整体因素20，并允许中微子质量超过35 eV，只有当他们绝大多数衰变成单重态主要或其他新粒子。
1992-12-08 hep-ph
The energy budget of cosmological first-order phase transitions beyond the bag equation of state
宇宙学一级相变中的随机引力波背景是探索粒子物理标准模型之外新物理的一个很好的途径。当大多数气泡壁在它们已经达到终端壁速度之后彼此碰撞时，对SGWB的主要贡献来自声波，其特征在于将释放的真空能量插入到体相流体运动中的效率因子。然而，以往的效率系数估算工作只考虑了对称相和破碎相声速均为常数的简化情况，无论是对于声速相等的袋模型，还是对于对称相和破碎相声速不同的声速的$ν$模型，从粒子物理学的观点来看，这是不现实的。在本文中，我们提出了一种迭代方法求解流体EoM时，考虑到声速的变化，通过气泡壁的一般和现实的状态方程（EoS）超越简单的袋模型和$ν$ -模型。我们已经发现了对体相流体运动的效率因子的抑制效应，尽管对于强FOPT，这种抑制效应可以忽略不计，在这种情况下，先前从袋EoS对体相流体运动的效率因子的估计仍然作为良好的近似值起作用。
2022-10-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Strongly mixed cosmological collider at unequal sound speeds
Center for Particle Cosmology, Department of Physics and Astronomy, University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学物理与天文学系粒子宇宙学中心）；Departamento de Física, FCFM, Universidad de Chile（智利大学理学院和师范学院物理系）；Centro de Ciencias Exactas, Facultad de Ciencias, Universidad del Bío-Bío（比奥比奥大学理学院精确科学中心）
本文推导了不等声速两场暴胀系统的正则模，求解功率谱与双谱，揭示声速比对功率增强和振荡的影响，并精确处理混合参数下的对撞机信号。
2026-10-02 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Cosmological and astrophysical bounds on a heavy sterile neutrino and the KARMEN anomaly
重不育中微子的寿命的限制，这是作为一个可能的解释卡门异常，提出了来自原始核合成和SN 1987 A。加上最近的nu_s寿命实验界限，SN 1987 A完全排除了这种解释。核合成参数允许在0.1-0.2秒的区间内的寿命的窄窗口。如果nu_s与核子有反常相互作用，则SN边界可能不适用，而核合成边界仍然有效。
2000-02-27 astro-ph hep-ph
Phase Transitions in an Expanding Universe: Stochastic Gravitational Waves in Standard and Non-Standard Histories
我们对膨胀宇宙中宇宙学相变产生的随机引力波进行了仔细的分析，研究了标准辐射和物质主导的历史。详细分析了相变的动力学过程，包括假真空度、气泡寿命分布、气泡数密度、平均气泡间距等，膨胀的宇宙。我们还研究了在相变过程中控制等离子体和标量场演化的微分方程组，推广了在闵可夫斯基时空中得到的结果。特别地，我们将声壳模型推广到膨胀宇宙，并确定了速度场功率谱。这最终提供了一个精确的计算引力波频谱看到今天的主要来源的声波。对于现今可见的引力波谱的振幅，我们找到了一个由有限寿命的声波引起的抑制因子，并与文献中常用的结果进行了比较，该结果对应于我们的抑制因子的渐近值。我们指出，渐近值只适用于一个非常长的寿命的声波，这是非常不可能的，由于冲击，湍流和其他阻尼过程的发病。我们还指出，引力波谱形式的特点可能持有诱人的可能性，区分不同的膨胀历史之间使用相变。
2021-01-05 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Revisiting cosmological bounds on radiative neutrino lifetime
中微子振荡实验和绝对质量的直接界限限制中微子质量差落入微波能量范围内，对于大多数允许的参数空间。由于这些最近的现象学进展，基于漫射背景辐射和假设eV范围内的强烈分级质量的辐射中微子衰变的旧约束现在已经过时了。利用宇宙背景探测器上的远红外绝对分光光度计收集的高精度宇宙微波背景光谱数据，我们得到了辐射中微子寿命的新的界限。寿命的下限在几× 10 ^19 s到5 × 10 ^20 s之间，这取决于中微子的质量排序和绝对质量标度。然而，由于相空间的限制，介导衰变的有效磁矩的上限不超过~ 10^-8玻尔磁子。我们还评论这些限制可能的改进，通过最近的漫红外光子背景数据。我们比较这些边界与预先存在的限制来自实验室或天体物理参数。我们强调我们的结果与其他文献中的互补性。
2007-09-27 astro-ph hep-ph
Weaker yet again: mass spectrum-consistent cosmological constraints on the neutrino lifetime
我们考虑了在超相对论极限下的不可见中微子衰变$ν_H \to ν_l + ϕ$，并计算了与宇宙微波背景（CMB）各向异性有关的中微子各向异性损失率。改进我们以前的工作，假设无质量$ν_l$和$ϕ$，我们恢复在这项工作中的子中微子质量$m_{νl}$的方式与实验确定的中微子质量分裂。我们发现，一个非零的$m_{νl}$引入了一个新的相空间因子的损失率$Γ_{\rm T}$成比例的$(Δm_ν^2/m_{ν_H}^2)^2$在一个小的平方之间的父中微子和子中微子，即，$Γ_{\rm T} \sim (Δm_ν^2/m_{νH}^2)^2 (m_{νH}/E_ν)^5 (1/τ_0)$，其中$τ_0$是$ν_H$休息帧寿命。使用该结果的一般形式，我们使用普朗克2018 CMB数据更新了$τ_0$的极限。我们发现，对于质量为$m_{νH} \lesssim 0.1 {\rm eV}$的母中微子，新的相空间因子削弱了对它的寿命的约束，如果$Δm_ν^2$对应于大气质量差距的50倍和$10^{5}$，如果太阳质量差距，与天真的估计相比，假设$m_{νl}=0$。修正后的约束条件是：（i）如果只有一个中微子衰变为子中微子，分别由大气和太阳的质量差距，$τ^0 \gtrsim (6 \to 10) \times 10^5~{\rm s}$和$τ^0 \gtrsim (400 \to 500)~{\…
2022-06-16 astro-ph.CO hep-ph
Dissipative Effects as New Observables for Cosmological Phase Transitions
该研究通过声壳模型解析表明，宇宙学一级相变中的耗散效应会频率依赖地抑制声波引力波，改变谱形与峰值频率，从而打破完美流体近似下的参数简并，揭示粒子相互作用信息。
2023-10-17 hep-ph
Higgsless simulations of cosmological phase transitions and gravitational waves
在早期宇宙源声波和随后的随机引力波背景中的一阶宇宙相变。目前，对这些引力波的预测在很大程度上依赖于对希格斯场与早期宇宙等离子体耦合的模拟，希格斯场提供了相变的潜热。从数值上讲，这是一个相当艰巨的任务，因为几个长度尺度进入动态。从最小到最大，这些是希格斯界面的厚度，分离不同的相，声波的外壳厚度，和平均气泡大小。在这项工作中，我们提出了一种方法来执行Higgsless模拟在三维空间中，产生完全非线性的结果，而在同一时间删除的层次最小规模的晶格。这大大降低了问题的复杂性，并有助于使我们的方法非常有效。我们提供的频谱所产生的引力波的壁速度和强度的相变的各种选择，以及引入一个拟合函数的频谱形状。
2022-10-11 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Constraints on Invisible Neutrino Decays Revisited
不可见的中微子衰变模式很难在实验室实验中找到目标，而太阳中微子和中微子振荡实验中对这种衰变的当前边界有些薄弱。一段时间以来，人们已经知道宇宙学可以作为不可见中微子衰变的强大探测器。在这项工作中，我们表明，为了大爆炸核合成是成功的，不可见的中微子衰变寿命是有界的$τ_ν> 10^{-3}\,\text{s}$在95\% CL。我们重新审视了宇宙微波背景对不可见中微子衰变的约束，并通过使用普朗克2018观测，我们发现中微子寿命的以下约束：$τ_ν> (1.3-0.3)\times 10^{9}\,\text{s} \, \left({m_ν}/{ 0.05\,\text{eV} }\right)^3$在$95\%$ CL。我们表明，这个约束是强大的宇宙模型的修改，特别是它是独立的暗辐射的存在。我们发现，寿命相关的超新星观测（$τ_ν\sim 10^{5}\,\text{s}\, \left({m_ν}/{ 0.05\,\text{eV} }\right)^3$）是不利的$5\,σ$以上，相对于$Λ$ CDM给出了最新的普朗克CMB观测。最后，我们表明，当包括高$\ell$普朗克极化数据，中微子寿命$τ_ν= (2-16)\times 10^{9}\,\text{s} \, \left({m_ν}/{ 0.05\,\text{eV} }\right)^3$是温和的首选-与1-2 $σ$的…
2020-01-16 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Sunyaev-Zel'dovich power spectrum with decaying cold dark matter
近年来对星系和星系团结构的研究表明，暗物质可能是不稳定的，其衰变寿命约为宇宙年龄的$Γ^{-1}$。研究了冷暗物质衰变对Sunyaev-Zel'dovich（SZ）功率谱的影响。考虑冷暗物质的有限寿命，我们解析地计算了SZ的功率谱。我们发现，暗物质的有限寿命在大尺度上降低了能量（$l < 4000$），在小尺度上增加了能量（$l > 4000$）。这与其他宇宙学参数的依赖性形成了鲜明的对比，例如质量波动的幅度$σ_{8}$和宇宙学常数$Ω_λ$（在平坦宇宙的假设下），它们主要改变角功率谱的归一化。这种差异使得我们可以分别确定寿命和其他宇宙学参数。我们还研究了未来SZ调查的宇宙学参数，包括寿命的敏感性，假设一个基准模型$Γ^{-1} = 10 h^{-1} {\rm Gyr}$，$σ_{8} = 1.0$，和$Ω_λ = 0.7$。我们表明，未来的SZ调查，如ACT，AMIBA，BOLOCAM可以确定的寿命内的两个因素，即使$σ_{8}$和$Ω_λ$被边缘化。
2003-12-13 astro-ph hep-ph
Anthropic versus cosmological solutions to the coincidence problem
本文研究了具有常数暗能量状态方程的平板幻影暗能量模型和具有线性标量场势的quintessence模型中符合问题的可能解。这些模型代表了更广泛的一类宇宙学场景，其中宇宙具有有限的寿命。我们表明，在没有人择约束，包括先验概率的模型成反比的宇宙总寿命排除模型非常接近的$Λ{\rm CDM}$模型。这涉及到符合问题的宇宙学解决方案，其中动态暗能量分量的状态方程参数目前不太接近-1。我们进一步表明，人择约束，如果他们是足够严格的，可以解决的巧合问题，而不需要动态暗能量。
2011-03-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Fluctuation-dissipation relation in cosmic microwave background
本文利用涨落流体力学的有效场论在宇宙学框架内建立了CMB中声波的涨落-耗散关系，推导出声波噪声并发现其长时间极限与粘度无关，指出该声波系统对背景辐射的反作用可能是ΛCDM宇宙学拟合问题的潜在来源。
2024-02-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmological constraints on R-parity violation from neutrino decay
如果中微子质量不为零，正如几个实验所暗示的那样，那么违反R宇称的超对称汤川耦合可以驱动重中微子衰变到更轻的状态。重中微子可以通过辐射衰变为轻中微子，也可以通过Z介导的企鹅衰变为三个轻中微子。对于一个给定的质量的衰变中微子，我们计算其寿命的各种模式，每个模式需要某些对的R-宇称违反耦合是非零的。然后，我们检查计算的寿命是否落在宇宙学要求允许或排除的区域。对于后者的情况下，我们推导出严格的新的约束的相应产品的R-宇称违反耦合给定值的衰变中微子质量。
2000-06-30 hep-ph
Hydrodynamics of phase transition fronts and the speed of sound in the plasma
宇宙学一级相变中气泡的生长涉及到非平凡的流体动力学。由于这个原因，相变前沿的传播研究往往需要几个近似。一个常用的近似是把两相描述为只由辐射能和真空能组成（所谓的袋态方程）。我们表明，在现实的模型中，在低温阶段的声速一般小于辐射，我们研究在这种情况下的流体力学。我们发现，特别是一种新的流体力学解决方案可能是可能的，这不会出现在袋模型。我们得到的潜热的等离子体的体运动的转移效率的分析结果，作为在每个阶段的声速的函数。
2015-03-06 astro-ph.CO hep-ph
A fresh look at linear cosmological constraints on a decaying dark matter component
我们考虑一个宇宙学模型，其中一部分的暗物质（DM）被允许衰变在一个不可见的相对论性组件，并计算由此产生的约束的衰减宽度（或逆寿命）$Γ$和$f$从纯粹的引力参数。我们报告了完整的推导玻尔兹曼层次结构，纠正以前的文献中的错误，并计算衰变的影响-作为寿命的函数-对CMB和物质的功率谱。仅从CMB，我们获得在重组和今天之间的时间内不超过3.8%的DM可能已经衰变（所有界限均引用为95%CL）。我们还评论了这一约束的重要应用的情况下，原始黑洞构成DM，出了名的难以约束的情况。对于比宇宙年龄更长的寿命，边界可以转换为$fΓ< 6.3\times10^{-3}$ Gyr $^{-1}$。我们还第一次检查了当使用来自大尺度结构的信息时，大质量中微子的简并被打破。甚至像CMB透镜这样的次级效应也足以达到这一目的。衰变DM模型被用来解决$σ_8$和$Ω_{\rm m}$的低红移天文测量与普朗克推断的测量之间可能存在的紧张关系。我们重新评估了这一发现，即使用从CFHT调查中提取的最新BAO、HST和$σ_8$数据，尽管有两个额外的自由参数，但张力仅略有降低，从而放松了与$fΓ< 15.9\times10^{-3}$ Gyr $^{-1}$的结合。然而，如果仅包括与CMB一致的数据，则界限改善为$fΓ< 5.9\times10^{-3}$ Gyr $^{-1}$。这突出了建立紧张局势是否是由于真实的物理…
2016-06-07 astro-ph.CO hep-ph
Machine Learning improved fits of the sound horizon at the baryon drag epoch
重子声学振荡（BAO）被证明是限制宇宙后期膨胀历史的一个非常有用的工具，它的特征是在重子拖曳时期$r_\mathrm{s}(z_\mathrm{d})$出现同动声视界。后一个量可以使用重组码或通过拟合函数进行数值计算，例如Eisenstein和Hu（EH）通过重组历史的参数网格进行拟合。在这里，我们量化这些表达式的准确性，并表明它们可以强烈地偏置使用BAO数据的宇宙学参数的派生约束。然后，使用称为遗传算法的机器学习方法，我们继续推导出$r_\mathrm{s}(z_\mathrm{d})$的新解析表达式，与EH表达式的$\sim 2-4\%$相比，这些解析表达式在普朗克2018年最佳拟合的$10σ$范围内的$\sim0.003\%$水平上是准确的，或者在更宽的范围内的$\sim0.018\%$，从而获得两到三个数量级的改进。此外，我们还提供了适合，包括大质量中微子的影响和扩展的和谐宇宙模型假设的精细结构常数的变化。最后，我们注意到，我们的表达式可以用来减轻计算$r_\mathrm{s}(z_\mathrm{d})$与玻尔兹曼代码时，使用BAO数据从当前和即将到来的调查得出宇宙学约束所需的计算成本。
2021-08-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Finding sound shells in LISA mock data using likelihood sampling
我们研究了LISA能在多大程度上观测到起源于宇宙学一级相变的引力波谱特征。我们专注于光谱的形式是双破幂律。这些光谱预测的流体动力学模拟和分析模型，如声音壳模型。我们认为，这两个断裂频率的比率是一个有趣的观察，因为它可以与壁速度，而整体的振幅和频率范围往往是退化的相变的众多特性。我们的分析使用模拟数据从简化的模拟和声音壳模型预测的功率谱，并使用$χ^2$ -最小化和似然抽样分析检测前景。我们指出，从电弱相变观察到两个断裂频率的前景受到阻碍的频谱的移动到更小的频率为强相变。最后，我们还强调了声音壳模型与模拟信号之间的一些差异。
2021-11-16 astro-ph.CO hep-ph
Dynamics of Cosmological Perturbations in Multi-Speed Inflation
研究了具有可分拉格朗日量的多场暴胀理论，其中每个场具有不同的声速。我们发现这些场总是通过引力相互作用在微扰水平上耦合。我们证明，如果微扰场之间的耦合项足够弱，这些场可以被视为一个组合的解耦场，这是类似于正常模式的耦合振荡。借助于这些场，可以通过$δ\mathcal{N}$形式计算视界交叉处的曲率扰动，直到慢变参数的首阶。解释性地，我们考虑了一个多速DBI暴胀模型，并详细计算了其功率谱。结果取决于不同声速的比率，并且当比率偏离1时显示出明显的放大。
2011-08-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational waves from cosmological first-order phase transitions with precise hydrodynamics
本研究提出一种直接从有效势推导状态方程并利用广义混合模拟计算声波引力波谱的方法，首次实现了标准模型实单态扩展的自洽数值计算，为精确计算引力波提供了稳健且模型无关的基础。
2024-09-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmological Perturbations in Palatini Formalism
我们研究了Palatini形式中标量张量理论的宇宙学扰动。首先我们引入一个作用量，其中Ricci标量共形耦合到一个标量场的函数及其动力学项，并且还存在一个由标量场及其动力学项组成的k-本质项。这个作用有三个相互等价的框架：原始的约旦框架，重新定义度量的爱因斯坦框架，以及重新定义联系的黎曼框架。在文献中，我们第一次计算了标量和张量扰动在三个不同标架中的二次作用量和声速，并明确地表明它们是一致的。此外，我们还证明了在这种作用下，引力波的声速为1。因此，该模型作为暗能量以及暴胀子，即使在非最小耦合的标量场的动力学项的依赖性的存在下，不同于在度规形式主义的情况下。然后，我们继续构造L3的行动称为Galileon条款Palatini形式主义和计算其扰动。我们发现，基本上有10个不同的（不等价的）定义在Palatini形式主义为一个给定的Galileon长期度量形式主义。我们还看到，在一般情况下，由于Ostrogradsky不稳定性和引力波的声速可能会偏离1，在鲜明的对比度规形式主义的情况下，L3项有一个鬼。有趣的是，一旦我们消除了这样的幽灵，引力波的声速也变得统一。因此，帕拉蒂尼形式主义中的无鬼L3项仍然可以作为暗能量和暴胀子，就像度规形式主义中的情况一样。
2020-10-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravity waves generated by sounds from big bang phase transitions
与宇宙学QCD和电弱相变相关的不均匀性产生流体动力学扰动、纵向声和旋转。Hindmarsh等人已经证明，在相变结束后，声音产生重力波（GW）。我们进一步认为，在某些条件下，逆声级联可能会发生和移动声音扰动（UV）的动量尺度，在该声音最初产生的小得多（IR）的动量。通过Boltzmann方程研究了该叶栅的弱湍流区，该方程具有定态功率和时间相关的自相似解。我们建议某些指数的强湍流制度，以及级联最终收益。最后，我们指出两个壳上声波可以产生一个壳上重力波，并利用标准的声环路图来评估这个过程的速率。
2015-04-03 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Energy budget and the gravitational wave spectra beyond the bag model
宇宙学一级相变的能量收支对引力波谱是必不可少的。以往的研究大多是基于对称相和破碎相声速相同的袋模型。我们研究了袋模型之外的能量收支和相应的引力波谱，其中声速在对称相和破碎相可能是不同的。以Higgs六次有效模型为代表，计算了不同相态下的声速，以及袋模型以外不同相变参数组合下的引力波谱和信噪比。我们将这些新结果与袋模型的结果进行了比较，发现在适当的温度下，适当的声速和相变参数对获得更精确的预测是很重要的。
2021-05-18 astro-ph.CO hep-ph
Hydrodynamic sound shell model
本文提出新的解析流体动力学声壳模型，纳入泡壁维持自相似轮廓时的受迫碰撞贡献，复现红外 $k^3$ 标度和功率谱宽穹顶。
2023-07-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmological perturbations in coherent oscillating scalar field models
快速振荡的均匀标量场平均表现为理想流体，并且它们的内禀各向同性使得这些模型在宇宙学中非常富有成果。在这项工作中，我们将分析这些理论假设一般幂律电位$V(ϕ)=λ\vertϕ\vert^{n}/n$的扰动动力学。在波数展开的首阶，以$ω$为有效状态方程，得到了扰动有效声速的简单表达式$c_{\text{eff}}^2 = ω=(n-2)/(n+2)$。当扰动波数$k$远小于背景振荡频率$ω_{\text{eff}}$时，我们还得到了$k^2/ω_{\text{eff}}^2$的一阶修正.对于标准的大质量的情况下，我们也分析了一般的非谐贡献的有效声速。这些结果是通过一个扰动版本的广义维里定理，也研究了精确的系统都在超哈勃极限，推导出自然analogue为$δϕ$，并为子哈勃模式，利用Floquet定理。
2016-03-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The sounds of the Little and Big Bangs
对重离子碰撞的研究发现，新相物质--夸克-胶子等离子体（QGP）--的微小火球会发生爆炸，称为小爆炸。尽管它的尺寸很小，但它不仅可以很好地用流体力学描述，而且即使是爆炸顶部的小扰动也可以很好地用流体力学声模描述。宇宙学的大爆炸也经历了相变，QCD和电弱相变，预计它们也会产生声音。我们讨论了它们随后的演化和假设的反向声级联，放大了振幅。最终，两个声波的碰撞导致形成具有最小波长的重力波。我们简要讨论如何检测这些。
2017-10-10 hep-ph
Large Cosmological Light Element Bound on R Parity Violating Parameters
在R宇称破坏理论中，不存在{ \it stable}最轻的超对称粒子（LSP）. MSSM的LSP，$χ$，衰变为较轻的普通粒子，具有6维有效R违反相互作用项。由于$χ$的寿命对于小的R-破坏耦合可以足够长，它可以影响标准的核合成方案。该约束给出了小$τ_χ$区域中$χ$的寿命的上限; $\simτ_χ>10^6$ s。这转化为R违反耦合的平方和，对于光（双）极限中的$m_χ=$ 60 GeV，$(0.12 (0.05)|λ_{i,j,k}|^2+0.31(0.07) |λ^\prime_{i,j\ne 3,k}|^2 +0.04(0.04)|λ^{\prime}_{i,3,k}|^2 +0.23(0.12)|λ_{i,j,k}^{\prime\prime}(i<j,k\ne 3)|^2)> 7.7\times 10^{-24}$。
1998-11-03 astro-ph hep-ph
Confronting sound speed resonance with pulsar timing arrays
本研究利用NANOGrav 15年、PPTA DR3和EPTA DR2联合数据，验证声速共振机制可解释脉冲星计时阵列探测到的随机引力波背景，并给出振荡频率与起始时间范围。
2023-09-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Effective Field Theory of Cosmological Large Scale Structures
大尺度结构调查将可能成为下一个主要的宇宙学探测。在我们的宇宙中，物质扰动是大的短距离和小的长尺度，即强耦合的UV和弱耦合的IR。为了在大尺度上进行精确的分析预测，我们开发了一个有效场论制定的IR有效流体的几个参数，如声速和粘度。这些参数，由玻尔兹曼方程所描述的紫外物理确定，从N体模拟测量。我们发现，有效流体的声速为cs ^2 10^（-6），粘性的贡献也是相同的量级。流体描述了长尺度k下的所有相关物理，并允许对所有可观测量的物质微扰δ（k）的大小进行明显收敛的微扰扩展。作为一个例子，我们计算了对δ（k）^4阶功率谱的修正。有效场论的预测被发现是在更好的协议与观察比标准的宇宙学扰动理论，已经达到百分精度在这个顺序到一个相对较短的尺度k \sim 0.24 h/Mpc。
2012-10-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational waves from the sound shell model: direct and inverse phase transitions in the early Universe
Instituto de Física Teórica IFT-UAM/CSIC（理论物理研究所）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）；Vrije Universiteit Brussel（布鲁塞尔自由大学）；Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）
研究早期宇宙中直接和反向相变产生的引力波特征，通过声壳模型比较两种相变的引力波谱，揭示可观测特征及区分不同流体解的潜力。
2026-03-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational waves from strong first-order phase transitions in an expanding Universe
Chongqing University（重庆大学）；University of Chinese Academy of Sciences (UCAS)（中国科学院大学）；International Center for Theoretical Physics Asia-Pacific（理论物理亚太中心）
本研究通过标量场-流体耦合模型的三维格点数值模拟，揭示膨胀宇宙中强一阶相变产生的引力波以声波贡献为主，其谱有双峰值，且与闵氏时空模拟结果存在差异。
2026-11-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational wave spectra for cosmological phase transitions with non-linear decay of the fluid motion
本文提出基于非线性衰减的UETC模型，给出经无希格斯模拟验证的引力波谱模板，并在CosmoGW中实现，用于一级相变参数预测。
2025-08-06 gr-qc hep-ph
Science with the space-based interferometer eLISA. II: Gravitational waves from cosmological phase transitions
我们研究了eLISA天基干涉仪探测强一阶宇宙学相变产生的随机引力波背景的潜力。我们讨论了气泡碰撞，磁流体动力学湍流和声波的随机背景的贡献，并估计总相应的信号预测在引力波。eLISA宇宙学相变的预计灵敏度计算在一个模型独立的方式为各种探测器的设计和配置。通过将这些结果应用于几个特定的模型，我们表明，eLISA是能够探测许多动机良好的情况下，超出粒子物理标准模型预测强一阶宇宙相变在早期宇宙。
2016-04-01 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Towards a Solution of the Cosmological Domain Walls Problem
我们发现，各种偏置的宇宙学相变产生定性的新型畴壁网络。有偏网络由紧凑的，有限大小的，袋状壁结构，并表现出一般的不稳定性。有偏网络的表面在有限的缩放时间后以指数速度消失。我们认为，即使在“平均对称”的初始分布的情况下，背景的波动使网络不稳定。我们观察到的变化参数的潜力，像它的高度，可以影响寿命的壁网络，相反的标准信念。
1997-02-23 hep-ph
Supersonic Deflagrations in Cosmological Phase Transitions
通过表明气泡可以作为超声爆燃生长，完成了宇宙学相变中低温相球形气泡的流体动力学生长机制的分类。这样的爆燃由Jouguet爆燃和随后的稀疏波组成。取决于过冷的量，超音速爆燃的最大速度在声速和光速之间变化。比超音速爆燃更快的解是弱爆轰。
1995-01-05 astro-ph hep-ph
Model-dependent analysis method for energy budget of the cosmological first-order phase transition
本文提出一种模型依赖方法，将气泡-流体系统分为对称相、破缺相和气泡壁三区域，通过求解含摩擦项的标量场运动方程同时获得气泡壁速度与流体边界条件，从而更精确地计算一阶相变动能占比，为引力波高精度预测提供支持。
2023-07-05 hep-ph
General formulation of cosmological perturbations in scalar-tensor dark energy coupled to dark matter
对于耦合到冷暗物质（CDM）的标量场$ϕ$，我们提供了一个研究各向同性宇宙学背景和微扰动力学的一般框架。暗能量部分由Horndeski拉格朗日函数描述，引力波的速度与光速相等，而CDM被处理为一种完美的流体，其特征在于数密度$n_c$和四速度$u_c^μ$。对于一个非常一般的相互作用拉格朗日$f(n_c, ϕ, X, Z)$，其中$f$依赖于$n_c$，$ϕ$，$X=-\partial^μ ϕ\partial_μ ϕ/2$，和$Z=u_c^μ \partial_μ ϕ$，我们推导出完整的线性微扰运动方程，而不固定任何规范条件。为了实现用于成功结构形成的消失的CDM声速，相互作用函数需要具有$f=-f_1(ϕ, X, Z)n_c+f_2(ϕ, X, Z)$的形式。采用准静态近似的模式内的声音视界深处，我们得到的有效引力耦合的CDM和重子密度扰动以及引力和弱透镜势的解析公式。我们应用我们的一般公式，几个相互作用的理论，并表明，在许多情况下，CDM的引力耦合周围的准deSitter背景可以小于牛顿常数$G$由于在$f_2$的$Z$依赖引起的动量转移。
2020-11-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
$Λα$DM: Observational constraints on unified dark matter with constant speed of sound
我们认为暗能量和暗物质是一个单一的暗成分的两个方面的假设，一个统一的暗物质（UDM），我们假设可以模拟的仿射状态方程（EoS）$P= p_0 +αρ$，导致{\it有效宇宙学常数} $ρ_Λ=-p_0/(1+α)$。仿射EoS来自于声速恒定的简单假设;它可以被看作是对未知正压EoS $P=P(ρ)$的近似，也可以代表具有适当势的标量场动力学的跟踪解。此外，原则上，仿射EoS允许UDM是幻影。我们约束的模型，$α$和$Ω_Λ$的参数，使用一套不同的宇宙学观测数据，并进行比较与标准的$Λ$ CDM模型，包含冷暗物质和宇宙学常数。首先考虑一个平坦的宇宙学，我们发现UDM模型与仿射EoS非常好地拟合联合观测，优于$Λ$ CDM，最佳拟合值$α=0.01 \pm 0.02$和$Ω_Λ=0.70 \pm 0.04$（95%置信区间）。贝叶斯模型比较优选少一个参数的标准模型（最佳拟合$Ω_Λ=0.71\pm 0.04$）。然而，仿射EoS至少是一样好的标准模型，如果一个平坦的曲率不被假定为$Λ$ CDM的先验。对于后者，最佳拟合值为$Ω_K=-0.02^{+0.01}_{-0.02} $和$Ω_Λ=0.71 \pm 0.04$，即优选封闭模型。具有仿射EoS的幻影UDM被排除在$3σ$之外。
2007-11-12 astro-ph hep-ph hep-th
Cosmological Krylov Complexity
本文用双模压缩态研究含声速 $c_s$ 有效场的 de Sitter 暴胀补丁，导出 Krylov 复杂度、Lanczos 系数及 Lyapunov 指数，并指出其可在纠缠熵饱和后探测宇宙动力学。
2023-06-08 cond-mat.stat-mech gr-qc hep-ph
Clumping of CDM from the cosmological QCD transition
宇宙学QCD跃迁影响原始密度扰动。如果QCD跃迁是一阶跃迁，则声速在跃迁过程中消失，密度扰动自由下降。对于尺度低于哈勃半径的过渡的原始哈里森-泽尔多维奇频谱的密度波动发展大的峰值和下降。对于辐射流体和冷暗物质（CDM），这些峰值随波数增长。在中微子退耦过程中，辐射流体中的峰值消失了。对于在QCD跃迁时动力学解耦的冷暗物质（例如轴子），这些峰导致质量$10^{-20} M_\odot< M < 10^{-10} M_\odot$的CDM团块的形成。
1999-03-22 astro-ph hep-ph
