Neutrino refractive effects during their decoupling era in the early universe
有一种公认的方法来计算超新星晕中的中微子味密度矩阵，在这种方法中，需要仔细跟踪频繁散射区域上方区域的中微子振幅，而不是截面。同样的推理和技术，应用于中微子退耦时代早期宇宙中中微子味道和能量分布的演化，导致中微子-中微子相互作用效应的预测发生根本性的变化。对不育中微子产生的预测，如果它们存在的话，也将被改变。
2021-03-24 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino energy transport in weak decoupling and big bang nucleosynthesis
我们通过同时耦合一个完整的强、电磁和弱核反应网络和一个多能群Boltzmann中微子能量输运方案，计算了早期宇宙在弱退耦、弱冻结和大爆炸核合成（BBN）时期的演化.我们的代码的模块化结构提供了解剖的能力，负责演变的动力学的早期宇宙在中微子味振荡的情况下，每个过程的相对贡献。这种方法允许详细说明$ν_e$、$\barν_e$、$ν_μ$、$\barν_μ$、$ν_τ$、$\barν_τ$能量分布函数的演化，这些函数与核反应以及中微子和光子/电子/正电子/重子等离子体成分之间的熵/热生成和流动是自洽的。该计算揭示了中微子分布函数和等离子体热力学条件（例如，电子-正电子对密度），并暗示：比例因子和等离子体温度之间的相位;中子-质子比;轻元素丰度的历史;和宇宙学参数\neff。我们发现，我们的方法以下的中微子光谱扭曲和伴随的熵产生和提取的等离子体的时间发展的结果在BBN氘产额的计算值的变化。例如，对于等离子体热力学中的量子校正的特定实现，我们的计算显示氘的$0.4\%$增加。在观测和核物理不确定性预期改善的背景下，这些变化具有潜在的重要意义。
2016-03-27 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino collective effects during their decoupling era in the early universe
有一种公认的方法来计算超新星晕中的中微子味密度矩阵，在这种方法中，需要仔细跟踪频繁散射区域上方区域的中微子振幅，而不是截面。同样的推理和技术，应用于中微子退耦时代早期宇宙中中微子味道和能量分布的演化，导致中微子-中微子相互作用效应的预测发生了根本性的变化。对不育中微子产生的预测，如果它们存在的话，也将被改变。
2021-04-06 astro-ph.CO hep-ph
Big Bang Nucleosynthesis and Particle Dark Matter
我们回顾了我们目前对大爆炸核合成时代轻元素合成的理解如何有助于揭示粒子暗物质的身份。
2009-06-11 astro-ph.CO hep-ph
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
Big Bang Nucleosynthesis as a probe of non-standard neutrino interactions and non-unitary three-neutrino mixing
本研究探讨非标准中微子相互作用和非幺正三中微子混合对早期宇宙观测量的影响，发现BBN约束严格且与地面实验相当，并强调需更多核反应率测量以改进理论预测。
2025-10-10 hep-ph
Might the radiation era extend back to the Big Bang? On dark matter production and the relic graviton background in quadratic gravity
Higgs Centre for Theoretical Physics（希格斯理论物理中心）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（珀米特理论物理研究所）
本文在二次引力框架下重新审视辐射纪元回溯至大爆炸的后果，发现暗物质质量与引力子耦合系数的新关系，并提出暗物质引力产生机制，同时指出遗迹引力子背景可约束理论参数。
2026-09-11 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraining Density Fluctuations with Big Bang Nucleosynthesis in the Era of Precision Cosmology
当密度涨落的长度尺度超过中子扩散长度（BBN处的$\sim 10^7-10^8$ cm），并且涨落的幅度足够小以防止引力坍缩时，我们重新研究了具有大尺度重子密度不均匀性的大爆炸核合成。在这个极限下，最终的轻元素丰度可以通过简单地混合来自不同重子/光子比的区域的丰度而不相互作用来确定。我们检查高斯，对数正态分布和伽马分布的重子/光子比，$η$。结果表明，在$η$中，氘和锂-7丰度随均方根涨落的增加而增加，而对氦-4丰度的影响较小。我们发现，这些增加的氘和锂-7丰度是詹森不等式的后果，我们推导出这些丰度的小RMS波动的限制解析近似。原始氘丰度的观测上限限制了$η$的RMS波动小于$η$平均值的$17\%$。这为我们提供了一个关于早期宇宙颗粒性的新极限。
2018-08-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Reheating and dangerous relics in pre-big bang string cosmology
我们讨论了大爆炸前弦宇宙学中的再加热机制，并计算了在热浴的引力和散射过程中产生的模和引力子的数量。我们发现，这种丰度总是超过大爆炸核合成所施加的限制，并需要显着的熵产生。所需的熵的确切数量取决于介子驱动的暴胀时代和辐射时代之间的高曲率阶段的细节。我们表明，支配和衰减的零模场，这很可能是介子，或轴子，足以稀释模和引力子。在这种情况下，重子生成可以通过阿弗莱克-戴恩机制以简单的方式进行调节，并且在某些情况下，阿弗莱克-戴恩凝聚体可以提供熵源和重子不对称性。
2000-09-27 gr-qc hep-ph hep-th
Big Bang Nucleosynthesis Constraints on Z' Properties
在包含新的TeV尺度Z'规范玻色子的模型中，新的U（1）'对称性通常会阻止产生传统中微子跷跷板所需的马约拉纳质量，导致三个超弱相互作用的右手中微子，即普通中微子的狄拉克伙伴。它们可以在大爆炸核合成（BBN）之前通过Z'相互作用产生，导致更快的膨胀速率和过多的^4He。我们量化的Z'属性的约束，从核合成的Z'耦合激励一类E6模型参数化的角度θ_E6。计算了由于Z'质量大而使其退耦温度高于普通左手中微子的退耦温度，并数值计算了等效的弱相互作用中微子数Δ N_nu与Z'质量、耦合和Z-Z'混合角的关系。BBN的^4He丰度给出了对M_Z'的最严格限制，除非与右手中微子的Z'耦合很小。
2004-02-04 hep-ph
Entropy Production during Reheating at Late Times and Neutrino Decoupling
最近的理论提出了各种各样的大质量粒子，如模量，其丰度或衰变危及标准宇宙学结果。为了稀释它们，提出了热膨胀，它有自己的大质量标量平子场，在Mev尺度温度的时代继续衰减。在本文中，晚时间的熵产生中微子去耦在这种再加热的影响进行了研究，包括一个术语，所产生的熵产生率由于标量衰变，在玻尔兹曼方程的中微子数密度。研究了无质量中微子退耦温度的影响。发现标量衰变速率常数的下限可以设定为10^{-22} Gev。
2002-03-15 hep-ph
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
Additional bounds on the pre Big--Bang--Nucleosynthesis Expansion by means of $γ$-rays from the Galactic Center
利用银河系中心（GC）的$γ$ -射线数据来约束宇宙在原始核合成之前的一个阶段的宇宙学演化的可能性，即围绕冷暗物质（CDM）去耦的时间，进行了分析。其基本思想是，在一个修改后的宇宙学的情况下，哈勃膨胀率相对于标准的情况下，增强CDM去耦的预期和遗迹丰度的一个给定的暗物质（DM）的候选人增强。这意味着宇宙中CDM的存在量可以用一种弱相互作用大质量粒子（WIMP）来解释，这种粒子的湮灭截面比标准宇宙学中的大得多。这种增强的湮灭意味着CDM的间接探测信号的更大通量。我们表明，HESS测量可以设置边界的WIMP重几百GeV，根据实际的DM晕配置文件。这些结果与先前基于宇宙反质子的分析中获得的结果是互补的。对于摩尔DM配置文件，$γ$ -射线数据限制的最大哈勃速率增强低于100倍。此外，一个比1 TeV重的WIMP与大爆炸核合成（BBN）之前膨胀率增强的宇宙学场景不兼容。不太陡峭的DM配置文件提供不太严格的界限，这取决于宇宙学的情况。
2006-12-29 astro-ph hep-ph
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
Constraints on Tsallis Cosmology from Big Bang Nucleosynthesis and Dark Matter Freeze-out
我们认为Tsallis宇宙学作为一种方法，热力学引力和推导出的Tsallis参数的约束是$β<2$通过使用来自形成的原始轻元素，氦，氘和锂，从大爆炸核合成（BBN）的观测数据，它只允许一个非常微小的偏差从广义相对论（GR）。其次，我们考虑了Tsallis宇宙学时代的热暗物质（DM）冻结机制，并从观测到的DM遗迹丰度导出Tsallis参数的界限为$1-β< 10^{-5}$。
2021-04-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Neutrino Oscillations in the Early Universe with Nonequilibrium Neutrino Distributions
在大爆炸后约一秒，中微子退耦和$e^+$ - $e^-$湮灭扭曲了中微子能量的费米-狄拉克谱。假设中微子有质量，可以混合，我们使用非平衡态热力学和玻尔兹曼方程计算的扭曲。研究了中微子在畸变产生过程中和畸变产生后的味行为。
1995-07-26 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
Adiabatic perturbations in pre big bang models: matching conditions and scale invariance
在低能量下，宇宙的ekpyrotic模型的四维有效作用量相当于大爆炸前模型的一个稍微修改的版本。我们讨论了这些模型中的宇宙学扰动。特别是，我们解决的问题，从一个崩溃的扩展阶段完全一般性的扰动匹配。我们表明，一般来说，一个获得$n=0$的原始前大模型（与消失的潜力）的标量扰动的频谱。当一个指数势的介子被包括在内，一个标度不变谱（$n=1$）的绝热标量扰动下产生非常通用的匹配条件下，无论是在修改前大爆炸和ekpyrotic的情况。我们还得到了一般的结果有效的幂律比例因子匹配的辐射占主导地位的时代。
2002-09-04 astro-ph hep-ph
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
Neutrino decoupling and the transition to cold dark matter
该研究利用位置与动量的量子不确定性概念描述中微子从原初等离子体的退耦过程，指出此前否定中微子作为暗物质的论据有误或存漏洞，提出应将中微子重新视为冷暗物质粒子而非热暗物质粒子。
2023-07-17 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
A New Origin of the Big Bang from Dark-Sector-Induced Vacuum Decay and Its Gravitational-Wave Signal
Tsinghua University（清华大学）
提出暗扇区能量转移导致标准模型真空衰变的新机制，解释热大爆炸起源，并预言可观测的引力波背景信号。
2026-06-04 astro-ph.CO hep-ph
Introduction to Cosmology
概述了标准大爆炸宇宙学模型和基于强、弱和电磁相互作用的大统一理论的早期宇宙历史。讨论了大爆炸理论的缺陷以及暴胀宇宙学对这些缺陷的解决。本文研究了暴胀子场的暴胀及其振荡和衰变。分析了暴胀过程中产生的密度扰动及其在物质支配时代的演化。概述了宇宙背景辐射的温度涨落。最后，描述了非超对称和超对称混合暴胀模型。
2002-04-26 hep-ph
Quark-Gluon Plasma: from accelerator experiments to early Universe
在大爆炸理论中，早期宇宙的特征是{ \it粒子时代}，即一个由粒子组成的宇宙。这个时期连接了基础物理学的两个尺度：无穷小和无穷大。因此，粒子物理学，特别是加速器上的实验项目，可以为理解早期宇宙及其演化带来有价值的投入。这些会议记录讨论了膨胀宇宙中{ \it粒子时代}经历的量子色动学相变的影响，这与重离子物理实验中产生的夸克-胶子等离子体的研究有关。
2015-10-14 hep-ph
The cosmological constant filter without big bang singularity
在最近提出的基于Palatini形式的修正引力的宇宙学常数（CC）滤波机制中，辐射、物质和后期de Sitter时代的引力对状态方程为-1的能量源不敏感。这意味着，有限的真空能量转移从相变被过滤掉，太。在这项工作中，我们调查的CC过滤器模型在很早的时候。我们发现，初始的大爆炸奇点被宇宙反弹所取代，在那里物质的能量密度和曲率是有限的。在某种情况下，这种有限性已经可以在代数层次上观察到。
2011-10-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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
Effects of non-standard neutrino-electron interactions on relic neutrino decoupling
本文研究了在非标准中性流中微子-电子相互作用（NSI）条件下早期宇宙中中微子的退耦。我们首先讨论了一个半解析的方法来解决相关的动力学方程，然后提出了完全数值和动量依赖的计算结果，包括味中微子振荡。我们提出了我们的结果在两个方面的有效中微子物种数（N_eff）和大爆炸核合成过程中产生的He-4的丰度的影响。我们发现，在目前的实验室数据允许的范围内的NSI参数，非标准的中微子-电子相互作用并没有从根本上修改遗迹中微子的密度，也没有从宇宙学观测的中微子属性的界限，如它们的质量。尽管如此，中微子-电子NSI的存在可能会增强从电子-正电子对到中微子而不是光子的熵转移，直到N_eff=3.12。这几乎是对标准弱相互作用出现的N_eff=3的修正的三倍。
2006-09-01 astro-ph hep-ph
How an era of kination impacts substructure and the dark matter annihilation rate
该研究分析kination时期暗物质密度扰动增长对小尺度功率谱、微晕丰度及湮灭率的增强作用，结合伽马射线观测给出热暗物质情形下的功率谱截断尺度与最大动能退耦温度约束。
2023-07-24 astro-ph.CO hep-ph
Did Something Decay, Evaporate, or Annihilate during Big Bang Nucleosynthesis?
级联核合成所产生的假设强子衰变，蒸发，或湮灭的原始遗物在大爆炸核合成（BBN）时代的详细检查的结果。据发现，注入高能核子宇宙时间1000秒左右，可能会导致一个观测有利于减少原始的Li 7/H产量的2 - 3倍。此外，这些来源也一般预测生产的锂同位素与幅度接近尚未解释的高锂6丰度低金属量的恒星。这些模型中最简单的模型对重子密度的贡献率ω_b h^2> 0.025，略大于从标准BBN中推断出的结果。虽然还需要进一步的研究，但这些来源，例如次轻超对称粒子衰变为GeV的引力子，或者在TeV丰度范围Ω_G h ^2 \sim 5 \times 10 ^{-4}的不稳定引力子的衰变，都有望解释低金属丰度恒星中Li 6和Li 7的丰度。
2004-05-28 astro-ph hep-ph
Big Bang Nucleosynthesis Constraints on Universal Extra Dimensions and Varying Fundamental Constants
大爆炸核合成轻元素丰度的成功预测一直是宇宙学标准模型的支柱。由于许多相关的反应速率对基本常数的值很敏感，例如精细结构常数和强耦合常数，BBN是一个有用的工具来探测和限制这些常数可能的宇宙学变化，这些变化自然地产生于许多版本的额外维理论。本文研究了普适额外维模型的基本常数对辐射场的依赖性，并计算了这种变化对BBN的影响。我们表明，如果额外维度的体积在BBN时代比现在的值稍微大一点--大$\mathcal{O} (10^{-3})$，那么BBN和威尔金森微波各向异性探测器数据在重子-光子比上的差异可能会减小，这将导致BBN的规范耦合比现在小一倍。
2005-12-10 astro-ph hep-ph
Constraining pre Big-Bang-Nucleosynthesis Expansion using Cosmic Antiprotons
大量的暗能量模型和非标准宇宙学预测了早期宇宙中哈勃速率的增强：完全可行的模型，满足大爆炸核合成（BBN），宇宙微波背景和广义相对论测试，可能导致哈勃速率的增强达到许多数量级。在本文中，我们表明，强边界上的前BBN演化的宇宙可能会得出，假设暗物质是一个热遗迹，结合暗物质遗迹密度约束来自生产的宇宙射线反质子的银河系中的暗物质湮灭。我们得到的限制可以是相当大的，并适用于周围的暗物质去耦的温度的哈勃速率。对于质量小于100 GeV的暗物质，哈勃速率增强的范围从几倍到30倍不等，这取决于实际的宇宙学模型，而对于质量为500 GeV的暗物质，该范围落在50-500之间。讨论了边界推导中的不确定性和边界变松的情况。最后，我们讨论这些限制如何适用于一些具体的实现非标准宇宙学：标量张量引力模型，kination模型和兰德尔Sundrum D膜模型。
2006-05-26 astro-ph 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
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
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
Does inhomogeneous big bang nucleosynthesis produce an inhomogeneous element distribution today?
非均匀大爆炸核合成（BBN）在$T \sim 10^9$ K下产生空间非均匀分布的元素丰度，但随后的元素扩散将趋于消除这些非均匀性。我们计算了BBN元素的宇宙学共动扩散长度。这个扩散长度受到原子散射的限制，因此当原子是中性的时，在复合和再电离的红移之间，扩散占主导地位。我们发现，今天的共动扩散长度是$d_{com} \approx 70$ pc的所有感兴趣的元素，除了$^7$锂，其中$d_{com}$是一个数量级较小，因为$^7$锂保持电离在整个相关的时代。这个共动扩散长度对应于一个亚恒星重子质量尺度，大致等于视界尺度在BBN。这些结果支持的可能性，即在BBN的地平线上的尺度大于不均匀性可能会导致今天的空间不均匀分布的元素，而纯粹的亚地平线波动在BBN只能导致在一个均匀的元素分布目前。
2021-03-02 astro-ph.CO gr-qc 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
The Standard Model Higgs as the origin of the hot Big Bang
如果标准模型（SM）希格斯粒子与暴胀区弱耦合，那么希格斯粒子在暴胀结束时将普遍以凝聚态的形式存在。希格斯粒子在暴胀后通过非微扰效应迅速衰变成SM物质的非平衡分布，随后很快热化。如果暴胀后的宇宙状态方程是刚性的，即$w \simeq +1$，那么SM类物质最终会支配总能量收支。这为SM物质的相对论热等离子体提供了一个自然的起源，这是“热大爆炸”时代开始所必需的。这种情况的可行性需要膨胀的哈勃尺度$H_*$低于希格斯真空衰变的不稳定性尺度，希格斯在宇宙学尺度上不会产生太大的曲率扰动，并且SM主导发生在大爆炸核合成之前。我们表明，成功的再加热到SM只能在存在一个非最小的耦合重力$ξ\gtrsim 1$，再加热温度为$T_{\rm RH} \gtrsim \mathcal{O}(10^{10})ξ^{3/2}(H_*/10^{14}{\rm GeV})^2~{\rm GeV}$。
2017-06-29 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Consistent $N_{\rm eff}$ fitting in big bang nucleosynthesis analysis
Institute for Basic Science（基础科学研究院）；Kyungpook National University（庆北国立大学）
本文指出传统大爆炸核合成中$N_{\ m eff}$处理的不一致性，尤其在负$ΔN_{\ m eff}$情况下，需限制范围或调整中微子反应率以确保解释一致。
2026-04-24 astro-ph.CO hep-ph
The Big Bang, CPT, and neutrino dark matter
我们研究的想法，宇宙大爆炸之前的宇宙是$CPT$的反映后，宇宙大爆炸，经典和量子力学，所以宇宙不{ \it不}自发违反$CPT$。我们展示了$CPT$对称性如何在$CPT$不变的宇宙背景时空中为量子场选择一个优选的真空态。大爆炸前的宇宙和大爆炸后的宇宙可以被看作是一对宇宙/反宇宙，直接进入我们过去观察到的热的、辐射主导的时代。这反过来又导致了对宇宙学暗物质的一个非常经济的解释。在爱因斯坦引力和粒子物理学标准模型（包括右手中微子）之外没有其他场的情况下，$\mathbb{Z}_{2}$对称性稳定了一个右手中微子。我们详细计算了它的丰度，并表明，为了匹配观测到的暗物质密度，它的质量必须是$4.8\times10^{8}~{\rm GeV}$。我们得到了几个进一步的预言，包括：（i）三个轻中微子是马约拉纳中微子;（ii）其中一个是完全无质量的;（iii）在没有宇宙暴胀时代的情况下，不应该有原始的长波长引力波。我们还简要讨论了自然起源的物质-反物质不对称性在这张照片和解释的宇宙学扰动的可能性。
2022-01-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
How new physics affects primordial neutrinos decoupling: Direct Simulation Monte Carlo approach
本文提出中微子直接模拟蒙特卡洛（DSMC）新方法，以模型独立、透明且计算高效的方式求解中微子玻尔兹曼方程，研究新物理对原初中微子退耦及MeV温度等离子体演化的影响。
2025-02-13 astro-ph.CO hep-ph
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
Neutrino Portal to FIMP Dark Matter with an Early Matter Era
我们研究了弱相互作用大质量粒子（FIMP）候选暗物质通过中微子入口的冻结产生。我们考虑一个隐藏的部门组成的费米子和一个复杂的标量，与最轻的一个被视为FIMP候选人。我们实施的I型跷跷板机制产生的质量的标准模型（SM）中微子和考虑三个重中微子，负责调解之间的相互作用的隐藏和SM部门。我们假设在暴胀和大爆炸核合成之间的一段时间内发生了早期物质主导时代（EMDE），使宇宙膨胀得比标准辐射主导时代更快。在这种情况下，隐藏和SM扇区很容易解耦，并且从遗迹密度约束需要FIMPs和SM粒子之间的更大耦合。在这种情况下，我们讨论了整个修改后的宇宙历史的暗物质的动力学，评估模型的相关约束，并讨论了EMDE的持续时间的暗物质生产的后果。最后，我们表明，如果重中微子是不是热浴的一部分，这种情况下成为可测试的，通过间接检测搜索。
2020-03-20 astro-ph.CO hep-ph
Photon to axion conversion during Big Bang Nucleosynthesis
本文研究大爆炸核合成期间CMB光子共振转换为majoron粒子对BBN的影响，发现该过程可缓解氘丰度2σ不匹配及锂问题。
2023-11-17 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Gravitational Waves as a Big Bang Thermometer
在早期宇宙中，热等离子体中产生的随机引力波是有保证的背景。它的能量密度与原始等离子体在标准热大爆炸时代开始时达到的最高温度$T_{\rm max}$成比例。它在微波范围内达到峰值，在$80\,{\rm GHz}\,[106.75/g_{*s}(T_{\rm max})]^{1/3}$附近，其中$g_{*s}(T_{\rm max})$是原始等离子体中在$T_{\rm max}$处的熵自由度的有效数。我们提出了一个国家的最先进的预测宇宙引力微波背景（CGMB）的一般模型，并进行计算的情况下，标准模型（SM）以及它的几个扩展。在最小扩展方面，我们考虑了中微子最小模型（$ν$ MSM）和SM - Axion - Seesaw - Higgs门暴胀模型（SMASH），它们提供了一个完整的和一致的包括暴胀的宇宙学历史。作为SM的非最小扩展的一个例子，我们考虑最小超对称标准模型（MSSM）。此外，我们讨论了目前的上限和前景，在实验室实验中检测CGMB，从而测量的最高温度和有效自由度数在热大爆炸的开始。
2021-03-18 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
Effects of sterile neutrino and extra-dimension on big bang nucleosynthesis
通过假设大爆炸核合成（BBN）时期存在额外维的无菌中微子，研究了无菌中微子（$ν_{\rm s}$）对BBN的影响，并对与$ν_{\rm s}$性质相关的一些参数进行了约束.首先，对于宇宙膨胀率，我们考虑了五维体和包埋在体中的膜的内禀张力的影响，并通过观测元素丰度来约束额外维度的一个关键参数。其次，考虑了$ν_{\rm s}$在膜上或膜外运动的影响。在这个模型中，$ν_{\rm s}$和活动中微子之间的有效混合角取决于能量，这可能引起混合角的共振效应。因此，在宇宙演化过程中，$ν_{\rm s}$的反应速率会发生剧烈变化。我们通过求解速率方程作为温度的函数来估计$ν_{\rm s}$的丰度和温度，直到无菌中微子去耦。然后，我们发现，残留的$ν_{\rm s}$的丰度大大增强的额外的维度和最大化的特征共振能量$E_{\rm res}\gtrsim 0.01$ GeV。最后，详细讨论了与$ν_{\rm s}$有关的一些约束条件，即混合角和质量差，并将额外维$ν_{\rm s}$修正后的BBN计算结果与轻元素丰度观测数据进行了比较。
2017-11-07 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Dark matter cooling during early matter-domination boosts sub-earth halos
该研究发现大爆炸核合成前的早期物质主导时期会使暗物质提前冷却、缩小自由流动视界，进而增强亚地球质量暗晕的数密度与湮灭信号，为探测非标准早期宇宙学提供了新途径。
2025-03-20 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Cosmological evolution of warm dark matter fluctuations II: Solution from small to large scales and keV sterile neutrinos
我们用Volterra积分方程解了暖暗物质（WDM）密度涨落的宇宙学演化。在没有中微子的情况下，各向异性应力消失，Volterra方程减少到一个单一的积分方程。我们数值求解这个方程的DM费米子去耦在平衡和DM不育中微子去耦出平衡。给出了零波数下密度涨落和引力势的精确解析解。我们计算的密度对比度作为一个函数的比例因子a的波数k的范围很广。当a固定时，密度衬度随k的增大而增大，< k_c while it decreases for k >其中k k_c为1.6/Mpc。密度对比度取决于k和a，主要是通过乘积k a表现出自相似行为。我们的数值密度对比小k轻轻接近我们的解析解k = 0。当k < 1/（60 kpc）时，密度衬度一般随时间增长，而当k > 1/（60 kpc）时，密度衬度从RD期开始出现振荡，并随着k的增大而变强。我们计算了热费米子和无菌中微子的密度对比度的传递函数：a）Dodelson-Widrow（DW）模型和b）由标量粒子衰变产生的无菌中微子模型。传递函数随k增大，在k = k_c时达到最大值后减小，反映了密度衬度随时间的变化。Volterra方程中的积分核在时间上是非局部的，它们的衰减决定了自解耦以来过去演化的记忆。当DM在平衡时比在平衡之外时下降得更快。尽管中微子和光子在MD时代可以被忽视，但它们通过RD时代的记忆在MD时代做出了贡献。
2012-01-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Big Bang nucleosynthesis and physics beyond the Standard Model
星系的哈勃膨胀、$2.73\dK$黑体辐射背景和轻元素的宇宙丰度证明了宇宙的一个热的、致密的起源-标准的大爆炸宇宙学-并使其演化能够相当可靠地追溯到核合成时代，当时的温度为$\Or(1)$ MeV，对应于$\Or(1)$ sec的膨胀年龄。所有已知的和假设的粒子都是在早期宇宙的较高温度下产生的，分析它们对合成元素丰度的可能影响，可以获得许多关于粒子性质的有趣约束。这些论点有效地补充了实验室实验，指导人们尝试将物理学扩展到标准$SU(3)_{\c}{\otimes}SU(2)_Ł{\otimes}U(1)_{Y}$模型之外，纳入超对称性，复合性和统一性等思想。我们首先提出了相对论宇宙学和原始核合成的教学帐户，讨论理论和观测方面，然后继续详细研究这种约束，特别是那些有关新的无质量粒子和大质量不稳定粒子。最后，在针对粒子物理学家的一节中，我们说明了这种约束在新物理模型中的应用。
1996-09-15 astro-ph hep-ph nucl-th
Constraints on Primordial Black Holes From Big Bang Nucleosynthesis Revisited
随着空间的膨胀，黑洞中的能量密度相对于辐射的能量密度增加，这为我们提供了考虑早期宇宙包含大量此类物体的情况的动力。在这项研究中，我们重新审视的限制，原始黑洞来自测量的轻元素丰度。黑洞和它们的霍金蒸发产物可以通过改变中子-质子冻结时的膨胀率，以及通过辐射可以将质子转化为中子的介子，反之亦然，来影响大爆炸核合成（BBN）时代。这样的黑洞可以提高原始中子与质子的比例，并增加最终产生的氦的数量。此外，霍金蒸发的产物可以分裂氦核，这既降低了氦的丰度，又增加了原始氘的丰度。在以前工作的基础上，我们利用现代氘和氦的测量得到严格的限制黑洞蒸发在$t_{\rm evap} \sim 10^{-1}$ s $\sim 10^{13}$ s（对应于$M \sim 6\times 10^8$ g到$\sim 2 \times 10^{13}$ g，假设标准模型粒子含量）。我们还考虑了超越标准模型的物理学如何影响这些约束。由于霍金蒸发的引力性质，黑洞蒸发的速率以及通过这一过程产生的粒子类型取决于完整的粒子谱。在此背景下，我们讨论的情况下，具有大量的解耦自由度（\ie ~大隐藏部门），以及TeV级超对称模型。
2020-06-05 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Is Planckian discreteness observable in cosmology?
本文探讨预测量子几何离散性的普朗克尺度暴胀期如何产生标度不变非均匀性谱、极小张标比及暗物质创生方案，提出宇宙学主要谜题可能根源于量子引力。
2025-04-28 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
