Primordial Black Holes and Primordial Nucleosynthesis I: Effects of Hadron Injection from Low Mass Holes
研究了在原初核合成早期（t = 10^{-3}-10 ^4 sec），蒸发原初黑洞（PBH）注入强子的影响.发射出的夸克-反夸克对或胶子立即碎裂成大量强子，并散射出由光子、电子和核子组成的热等离子体。对于相对低质量的空穴，我们指出，主要的作用是通过发射的强子引起的强相互作用使周围的质子和中子相互转换。即使在中子和质子之间的相互作用的冻结时间之后，也会产生更多的中子，并且合成的轻元素丰度可能会急剧变化。通过理论预测与观测数据的比较，我们对PBH的密度和寿命进行了约束。我们得到了PBH初始质量分数的上界，当10 ^8 g < M < 10^{10} g时，β< 10^{-20};当10^{10} g < M < 3 * 10^{10} g时，β< 10^{-22}。
1999-08-16 astro-ph gr-qc hep-ph
Quantifying uncertainties in primordial nucleosynthesis without Monte Carlo simulations
我们提出了一个简单的方法来确定轻元素丰度的（相关）不确定性预期从大爆炸核合成，这避免了冗长的蒙特卡罗模拟的需要。我们的方法有助于澄清不同的核反应的作用，有助于一个特定的元素丰度，并使得它很容易实现能量无关的变化，在测量的反应速率。作为一个应用程序，我们演示了这种方法如何简化统计估计的核子光子比通过比较标准的BBN预测与观测推断的丰度。
1998-06-23 astro-ph hep-ph nucl-th
Primordial Nucleosynthesis: Successes And Challenges
原始核合成提供了宇宙早期演化的一个探测器。考虑到探索宇宙的组成、结构和最近的演化的进展，现在是时候回顾一下大爆炸核合成（BBN）的现状，并将它的预测和由此产生的限制与那些来自宇宙演化后期独立观测的限制进行比较。在概述早期宇宙中控制元素合成的关键物理之后，给出了宇宙学和粒子物理学的标准模型的预言，以及一些非标准模型的预言。描述了用于推断原始丰度的观测数据，强调了精确度和准确度之间的区别。这些遗迹丰度与预测进行比较，测试BBN的内部一致性，并使BBN约束与来自WMAP宇宙背景辐射数据的约束进行比较。从这些比较中，我们看到了一个成功的标准模型，以及粒子物理学和宇宙学标准模型之外的物理学约束（或暗示）。
2005-11-17 astro-ph hep-ph nucl-th
Probing nuclear observables via primordial nucleosynthesis
我们研究了原始核丰度对基本核观测量的依赖性，如结合能，散射长度，中子寿命，\textit{etc.}通过改变这些量。的数值计算进行了四个公开的代码，从而促进了调查的模型依赖（系统）的不确定性，这些依赖性。此外，考虑到速率对某些相关参数的敏感性对温度的依赖性，导致最终原始丰度的敏感性降低，这在某些情况下是明显的。这些影响被认为是相关的核丰度的基本参数，如夸克质量或耦合的核参数研究的依赖性。
2022-08-26 astro-ph.CO hep-lat hep-ph
Constraints on the Strength of Primordial Magnetic Fields from Big Bang Nucleosynthesis Revisited
本文详细讨论了原初磁场对大爆炸核合成的影响，包括磁场几何和反常磁矩的讨论。磁场的存在通过以下方式影响BBN：（1）增加弱反应速率;（2）由于电子相空间的变化而增加电子密度;以及（3）由于磁场能量密度和修改的电子能量密度两者而增加宇宙的膨胀速率。在考虑的效应中，由于磁场能量引起的膨胀率的增加对于BBN的利益是最重要的。核合成结束时的允许磁场强度（0.01 MeV）约为$2 \times 10^{9}$ G，对应于磁场能量密度的上限约为中微子能量密度（$ρ_B \le 0.28 ρ_ν$）的28%。
1996-06-26 astro-ph gr-qc hep-ph
An analysis of constraints on relativistic species from primordial nucleosynthesis and the cosmic microwave background
我们提出的限制相对论物种的数量从联合分析的宇宙微波背景（CMB）的波动和轻元素丰度（氦和氘）相比，大爆炸核合成（BBN）的预测。我们的BBN计算包括根据最近的实验和理论信息对核速率的更新，其中最显著的变化发生在d（p，gamma）^3He的截面。我们计算BBN理论和观测的似然函数，占观测误差和核速率的不确定性，可以很容易地嵌入宇宙学参数拟合。然后，我们表明，CMB和BBN是在很好的协议，这表明相对论物种的数量没有改变的时间之间的BBN和重组的时间。BBN和CMB之间的一致性水平，以及与粒子物理学标准模型的一致性，在某种程度上取决于原始氦丰度测定之间的系统差异。我们表明，有趣的约束可以得出相结合的CMB和D/H观测与BBN理论，这表明改进的D/H约束将是一个非常有价值的宇宙学探测。
2011-12-12 astro-ph.CO nucl-th
Primordial Nucleosynthesis with CMB Inputs: Probing the Early Universe and Light Element Astrophysics
宇宙微波背景（CMB）对重子-光子比$η\propto Ω_{\rm baryon} h^2$的测定将从（标准）大爆炸核合成（BBN）计算中删除最后一个自由参数。这将使BBN成为早期宇宙物理学的更敏锐的探测器，例如，大大改进了BBN对轻中微子种类$N_{ν,eff}$的有效数量的测量。我们展示了如何CMB可以提高这一限制，目前的轻元素数据。此外，通过使用其他元素，特别是氘，将有可能独立于\he 4来限制$N_{ν,eff}$;这将允许更严格的限制和系统学测试。例如，如果$η\sim 6.0\times 10^{-10}$为$η$，则3%的$η$测量值与10%（3%）的原始D/H测量值一起可以测量$N_{ν,eff}$至$σ_{95%}(N_ν) = 1.8$（1.0）的95%置信水平。如果采用标准模型值$N_{ν,eff}=3$，则可以使用CMB的$η$（及其不确定性）对原始丰度进行准确预测。这些决定可以反过来成为关键的投入，在核合成历史（化学演化）的星系，从而对这些模型的约束。
2001-05-22 astro-ph hep-ph nucl-th
Influence of the variation of fundamental constants on the primordial nucleosynthesis
本文研究了大爆炸核合成（BBN）中基本常数的变化对原始元素产生的影响。本文着重讨论了核子-核子相互作用的可能变化对A=5（5Li和5 He）和A=8（8Be）不稳定核的核反应速率的影响。3 He（d，p）4 He和3 H（d，n）4 He的反应速率分别由5Li和5 He复合核的宽模拟共振特性决定。虽然三α过程4 He（aa，g）12 C通常在BBN中无效，但其速率对“霍伊尔态”的位置非常敏感，并且如果8Be在BBN期间稳定，则原则上会受到极大影响。我们发现，常数的变化对~ 3 He（d，p）~ 4 He，~ 3 H（d，n）~ 4 He和~ 4 He（aa，g）~（12）C反应速率的影响不足以引起对BBN的显著影响，即使有稳定的~ 8Be。主要的影响来自于弱反应速率和A=2，n（p，g）d瓶颈反应。
2013-01-08 astro-ph.CO nucl-th
Nuclear weak interaction rates in primordial nucleosynthesis
我们计算选定的轻核的弱相互作用率在大爆炸核合成（BBN）的时代，我们评估这些速率对核丰度流的历史和最终的轻元素丰度产量的影响。我们考虑了~ 3 He和~ 7 Be上的电子和电子反中微子俘获，以及~ 3 H和~ 7 Li上的正电子俘获和电子中微子俘获的逆过程。我们还计算了正电子和电子中微子在6 He上的俘获率。在适当的情况下，我们计算β和正电子衰变跃迁。正如预期的那样，最终的标准BBN丰度产率几乎没有受到这些弱过程的影响，尽管核流历史可能会有轻微的改变。然而，非标准BBN场景，例如，那些涉及与高能末态中微子的平衡粒子衰变的过程可能会受到这些过程的影响。
2010-09-01 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Big Bang nucleosynthesis revisited via Trojan Horse Method measurements
核反应速率是理解原始核合成的最重要的输入之一，因此也是对早期宇宙进行定量描述的最重要的输入。本文给出了~ 2 H（d，p）_3H，~ 2 H（d，n）_3He，~ 7 Li（p，α）_4He和~ 3 He（d，p）_4He反应直接截面的最新汇编。这些都是大爆炸核合成计算中最不确定的截面。通过特洛伊木马法（THM）的测量也进行了审查，并与直接数据进行比较。在这项工作中的反应速率和相应的建议的错误被用作原始核合成计算的输入，以评估其对2 H，3，4 He和7 Li原始丰度的影响，然后与观测进行比较。
2014-03-19 astro-ph.CO nucl-ex nucl-th
Nuclear reaction rates and the primordial nucleosynthesis
大爆炸核合成（BBN）中元素原始丰度的理论预测受到输入核反应速率的不确定性的支配。我们调查的效果修改这些反应速率轻元素丰度产率在BBN取代现有的88个反应速率的35。我们已经研究了这些产率作为演化时间或温度的函数。我们发现，使用这些新的反应速率的结果，在氦的质量分数只有一点点增加，在BBN计算中得到以前。这允许洞察的作用，核反应速率在设置的中子质子比在BBN时代。我们观察到，即使有相当大的核物理的不确定性，这些核反应中的大多数具有最小的影响，标准的BBN丰度产额的$^6$锂和$^7$锂。
2011-11-15 astro-ph.CO nucl-ex nucl-th
Big Bang Nucleosynthesis with Stable $^8$Be and the Primordial Lithium Problem
自然界基本常数的变化或早期宇宙中的等离子体效应可以稳定$^8$ Be，防止其衰变为两个$^4$ He核。Coc等人研究了这种对大爆炸核合成的影响，作为$B_8$的函数，两个$^4$ He核和一个$^8$ Be核之间的质量差，发现$B_8 \le 100$ keV没有影响。在这里，我们检查具有较大$B_8$的稳定$^8$ Be，并且还允许$^4$ He + $^4$ He $\longrightarrow$ $^8$ Be的速率变化，以确定感兴趣效应的阈值。我们发现$B_8 < 1$ MeV的标准大爆炸核合成没有变化。对于$B_8 \gtrsim 1$ MeV和足够大的反应速率，相当一部分$^4$ He被燃烧成$^8$ Be，当$B_8$呈现其现今值时，其裂变回到$^4$ He，使原始$^4$ He丰度保持不变。然而，这种$^4$ He的螯合导致原始$^7$ Li丰度的降低。原始丰度的$^7$锂与观察推断的值一致，可以获得类似的反应速率计算的今天（未结合$^8$ Be）的情况下。即使是最大的结合能和最大的反应速率在这里检查，只有一小部分的$^8$ Be燃烧成更重的元素，与早期的研究一致。对于我们检验的任何模型，预测的氘丰度都没有变化。
2017-09-13 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Neutrino decoupling including flavour oscillations and primordial nucleosynthesis
我们重新讨论了中微子在早期宇宙中的味振荡去耦。我们重新推导的量子动力学方程，确定中微子演化的基础上BBGKY类层次结构，并包括第一次完整的碰撞项，与所有相关的反应的对角和非对角项。我们重点讨论了零化学势的情况，并数值求解这些方程。我们还开发了一个近似方案的基础上绝热演化的物质基础。事实上，振荡和宇宙学时间尺度之间的巨大差异允许考虑平均味振荡，当与微分系统雅可比矩阵的直接计算相结合时，平均味振荡可以将数值积分加速两个数量级。近似的数值方案也是有用的，以获得更多的洞察中微子去耦的物理。结合等离子体热力学QED修正的最新结果，我们将中微子的有效数更新为$N_{\mathrm{eff}} = 3.0440$。最后，我们研究了中微子退耦过程中味振荡对随后的原始核合成的影响。
2020-12-06 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
The electromagnetic fine-structure constant in primordial nucleosynthesis revisited
本文通过更新核反应率并考虑温度依赖性和系统误差，重新分析原初核合成对精细结构常数的约束，发现当前氘和氦-4丰度将其变化限制在2%以内，优于以往结果。
2023-05-25 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Primordial nucleosynthesis and hadronic decay of a massive particle with a relatively short lifetime
本文研究了长寿命大质量粒子的强子衰变对大爆炸核合成的影响。如果高能强子在BBN时期（$t \sim 10^{-2}$ - $10^2 \sec$）附近发射，即使在中子与质子比率的冻结时间之后，它们也会异常地相互转换背景核子。然后，产生的轻元素丰度发生变化，这可能导致标准BBN和观测之间的显着差异。特别是在理论方面，我们可以获得大量的强子实验数据，甚至在没有实验数据的高能区，也可以用强子碎裂的数值程序来模拟强子衰变过程。利用强子注入方案中计算的轻元素丰度，通过将我们的理论结果与观测结果进行比较，我们得出了对这种粒子性质的约束。
2001-05-24 astro-ph hep-ph nucl-th
Primordial Nucleosynthesis with Non-Extensive Statistics
本文应用Tsallis非广延统计研究大爆炸核合成中的轻元素丰度，发现4He、3He和7Li的预测与观测吻合良好，表明锂异常可能源于物理成分的微调，但氘丰度仍偏离观测。
2024-04-24 astro-ph.CO nucl-th
Primordial Nucleosynthesis in the Precision Cosmology Era
原始核合成提供了宇宙早期演化的一个探测器。考虑到探索宇宙的组成、结构和最近的演化的进展，现在是时候回顾大爆炸核合成（BBN）的现状，并将其预测以及由此产生的限制与那些来自宇宙演化后期独立观测的限制进行比较。在概述了早期宇宙中控制元素合成的关键物理之后，给出了宇宙学和粒子物理学的标准模型中BBN的预测，以及一些非标准模型中的预测。描述了用于推断原始丰度的观测数据，强调了精确度和准确度之间的区别。观测推断的遗迹丰度与预测的丰度进行比较，测试BBN的内部一致性，并使BBN推断的约束条件与来自宇宙背景辐射和大尺度结构数据的比较。通过这些比较，我们确认了一个成功的标准模型，并对粒子物理学和宇宙学的标准模型之外的物理学提出了限制（或暗示）。
2007-12-07 astro-ph gr-qc hep-ph
Neutrino Degeneracy and Decoupling: New Limits from Primordial Nucleosynthesis and the Cosmic Microwave Background
我们重新分析了宇宙学对存在净普适轻子不对称性和中微子简并性的限制。我们表明，中微子可以开始去耦在更高的温度比以前的估计，由于几个修正，减少中微子反应速率。因此，当粒子自由度改变时，这些退耦的中微子不会被加热。在$e^\pm$湮灭之后，残余中微子与光子温度的合成比率可以从标准非简并比率显著地减少超过两倍。这改变了膨胀率和随后的原始核合成，光子去耦和结构形成。特别是，我们分析物理上合理的轻子不对称模型与大$ν_μ$和$ν_τ$简并与一个温和的$ν_e$简并。我们表明，核合成本身允许非常大的中微子简并$0 \le \xinum$，$\xinut \le 40$，$0 \le \xinue \le 1.4$连同大重子密度$0.1 \le Ω_b \h502 \le 1$，只要一些原始锂的破坏已经发生。我们还表明，结构的形成和宇宙微波背景的功率谱允许的可能性$Ω= 1$，$Ω_Λ= 0.4$，宇宙模型，其中既有显着的轻子不对称性（$| \xinum | = | \xinut | \approx 11$）和一个相对较大的重子密度（$Ω_b \h502 \approx 0.2$）。我们的最佳拟合中微子简并，重子含量高的模型主要区别于微波背景功率谱中的第二个峰值的抑制。这与最近来自BOOMERANG和MAXIMA-1的高分辨率数据一致。
2001-02-22 astro-ph hep-ph nucl-th
Probing the Reheating Temperature at Colliders and with Primordial Nucleosynthesis
考虑引力子暗物质的情况下，一个长寿命的带电slepton，我们表明，对撞机测量的slepton质量和它的寿命可以探测不仅引力子质量，但也膨胀后的再加热温度TR。在一个模型独立的方式，我们推导出TR的上限，并讨论他们的约束下，从原始的催化锂-6通过束缚态效应。在质量低于1 TeV的slepton的适合对撞机的区域，对于小的胶子-slepton质量分裂的极限情况，得到的最大再加热温度的保守估计约为TR=3 \times 10^9 GeV，对于在大统一尺度下普适软超对称破缺参数的典型情况，约为TR=10^8 GeV。我们发现，在大型强子对撞机上测定胶子-斯莱普顿质量比，将检验TR>10^9 GeV的可能性，从而检验等级重右手马约拉纳中微子的热稀薄生成的可行性。
2008-07-09 astro-ph hep-ph nucl-th
Impact of the $^7$Be($α, γ$)$^{11}$C reaction on the primordial abundance of $^7$Li
计算了$^7$ Be（$α, γ$）$^{11}$ C的辐射俘获截面及其与大爆炸核合成有关的反应速率.这种反应对原始$^7$锂丰度的影响进行了修订，包括在相关的能量区域的窄和宽的共振。我们的计算表明，在二体势模型中，与大爆炸核合成相关的$^{11}$ C中的极低能量共振是不可能出现的。根据我们的结果和与以前的理论和实验分析的比较，我们得出结论，这种反应对所谓的“宇宙学锂之谜”的影响是完全无关的。
2018-05-31 astro-ph.CO nucl-ex nucl-th
