Calculation of the local density of relic neutrinos
味振荡的存在需要非零中微子质量,其值至少为50 meV。我们考虑了银河系内残余中微子的引力成团,并利用$N$ -单体模拟技术计算了它们在地球附近相对于宇宙平均密度的密度增强因子。与以前的类似研究相比,我们将模拟推到更小的中微子质量,并包括对银河系中重子和暗物质分布的改进处理。我们的研究结果是重要的,为未来的实验,旨在检测宇宙中微子背景,如普林斯顿氚天文台的光,早期宇宙,大规模中微子产额(PIMMY)的建议。我们计算了银河系中的中微子聚集对PIMMY实验的预期事件率的影响。我们发现,聚类的影响仍然可以忽略不计的最小正常层次的情况下,而它提高了10至20%的事件率(分别。因子1.7到2.5)用于最小倒置层次结构方案(分别是,具有150 meV质量的简并场景)。最后,我们计算的事件率的可能的第四个不育中微子的质量为1.3 eV的影响。
2017-09-26 astro-ph.CO
Gravitational clustering of cosmic relic neutrinos in the Milky Way
宇宙学的标准模型预言了宇宙中微子背景的存在。为了探测地球附近的宇宙遗迹中微子,有必要评估银河系中遗迹中微子的引力成团效应。在这里,我们介绍了一个重新加权技术的N-单体模拟方法,使一个单一的模拟可以产生不同的中微子质量和相空间分布的中微子密度分布。根据目前的实验结果,有利于小中微子质量,中微子数密度对比度在地球周围被发现几乎是正比于中微子质量的平方。密度对比度-质量关系和重加权技术对于研究宇宙中微子背景探测的唯象是有用的。
2018-05-09 astro-ph.CO hep-ph
Supernova Relic Neutrinos and the Supernova Rate Problem: Analysis of Uncertainties and Detectability of ONeMg and Failed Supernovae
在红移0<z 1范围内,直接测量的核心坍缩超新星速率似乎比从测量的宇宙超新星形成速率(SFR)推断的速率小两倍。我们探索的可能性,可以澄清这个“超新星率问题”的来源,通过检测超新星遗迹中微子的能谱与下一代探测器,如超神冈。我们对SFR数据进行了另一种汇编。我们表明,只包括已公布的SFR数据的尘埃遮蔽已被直接确定,观测到的大质量SFR观测到的超新星速率的比率有很大的不确定性$\sim 1.8^{+1.6}_{-0.6}$,是统计上一致的没有超新星速率的问题。如果我们考虑到相当一部分大质量恒星以微弱的ONeMg SNe或失败的SNe结束生命,那么这个比率就降为$\sim 1.1^{+1.0}_{-0.4}$,速率问题就解决了。我们研究了中微子探测率估计中的不确定性的来源,并分析了遗迹中微子的光谱是否可以用来独立地识别超新星速率问题及其来源的存在。我们认为,从核心坍缩超新星模拟模型公布和未公布的中微子光度和温度的合奏。我们说明了如何检测器事件的频谱可能被用来约束平均中微子温度和SN模型。我们研究了中微子振荡对探测到的中微子谱的影响,并分析了失败的超新星可能的增强贡献。我们的结论是,有可能测量中微子温度,中微子振荡,状态方程,并确认这一来源失踪的发光超新星。
2014-05-02 astro-ph.CO
Proposal for Resonant Detection of Relic Massive Neutrinos
我们提出了一种新的方法来检测遗迹中微子的背景,利用结构化的量子简并放大的阻力中微子散射检测器。发展这一思想,我们提出了一个表征当今遗迹中微子分布在一个任意的框架,包括中微子质量和中微子再加热的影响$e^+e^-$湮灭。我们明确提出的中微子速度和德布罗意波长分布的情况下,地球上的观察者。考虑到在当前的温度和密度下残余中微子可能表现出量子液体的特性,我们讨论了中微子流体关联对共振探测可能性的影响。
2015-02-08 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Local clustering of relic neutrinos with kinetic field theory
本文首次将动理学场论应用于有质量中微子,通过微扰展开计算遗迹中微子在地球附近的局域过密度,结果与现有最先进计算高度一致。
2023-08-02 astro-ph.CO hep-ph
Numerical treatment of annual modulation of relic neutrinos
本文通过将N-1体模拟框架从银河系尺度扩展到太阳系,数值研究太阳引力对遗迹中微子年度调制的影响,发现暗物质晕形态会显著改变调制幅度,强调预测遗迹中微子信号需考虑现实结构形成效应。
2025-09-19 astro-ph.CO hep-ph
Direct detection of relic active and sterile neutrinos
在早期宇宙中,活跃和惰性的亚电子伏特中微子都可以形成宇宙中微子背景。我们认为β衰变(例如,$^3$ H)和EC衰减(例如,$^{163}$ Ho)核作为实验室捕获残余中微子的理想靶。计算了(3 + $N_{\rm s}$)味混合方案中残余电子中微子和反中微子相对于相应的β衰变或电子俘获(EC)衰变背景的俘获率,并结合PIMMY计划讨论了未来的发展前景.我们强调,从长远来看,这种直接测量热DM的方法可能并非毫无希望。
2016-06-15 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological perturbations: non-cold relics without the Boltzmann hierarchy
我们提出了一个制定的宇宙学扰动理论的玻尔兹曼层次结构,演变的中微子相空间分布的积分,可以很容易地评估与快速傅立叶变换所取代。这些积分的同时评估相结合的系统的其余部分(暗物质,光子,重子)的微分方程,然后解决了一个迭代方案,收敛速度快。这个公式对于大质量中微子特别有效,因为大质量中微子的有效相空间是三维的而不是二维的,对于三种不同的中微子质量本征态更是如此。因此,它有可能大大加快宇宙微扰计算的计算时间。这种方法也适用于其他非冷碰撞遗迹的模型。
2022-01-26 astro-ph.CO
A 400 Trillion-Grid Vlasov Simulation on Fugaku Supercomputer: Large-Scale Distribution of Cosmic Relic Neutrinos in a Six-dimensional Phase Space
本文报道了在Fugaku超级计算机上进行的宇宙遗迹中微子的Vlasov模拟和冷暗物质的N体模拟,并讨论了宇宙中大尺度结构的形成.首次通过在六维相空间中直接积分弗拉索夫方程来跟踪中微子的引力动力学。我们最大的模拟以自洽的方式结合了400万亿网格上的弗拉索夫模拟和3300亿体计算,并准确地再现了宇宙中中微子的非线性动力学。新的高阶Vlasov求解器是通过结合一系列最先进的数值方案和充分利用A64 FX处理器上的SIMD指令来优化的。我们的模拟的时间解决方案是一个数量级短于最大的N体模拟。在Fugaku上,性能可扩展到147,456个节点(700万个CPU核心);弱扩展和强扩展效率分别为82% - 96%和82% -93%。
2021-10-29 astro-ph.CO
Simulating the Toothbrush: Evidence for a triple merger of galaxy clusters
新发现的星系团1RXS J0603.3+4214拥有一个1.9 Mpc长的明亮射电遗迹,具有独特的线性形态。使用流体动力学+N体AMR模拟的合并之间的三个最初的流体静力学集群在一个理想化的设置,我们能够重建的无线电遗物的形态。基于我们的模拟,我们可以约束合并的几何形状,预测透镜质量测量和X射线观测。将这些模型与X射线、红移和透镜数据进行比较,将验证这种复杂合并的几何结构,这有助于限制产生射电遗迹的电子冲击加速的参数。
2012-07-18 astro-ph.CO astro-ph.HE
Local clustering of relic neutrinos: Comparison of kinetic field theory and the Vlasov equation
该研究通过动理学场论微扰方法与Vlasov方程二阶微扰解分析遗迹中微子局域成团,证明两种形式等价,且发现二阶微扰会高估密度,揭示微扰论的动量相关失效特性。
2024-04-17 astro-ph.CO hep-ph
Probing relic neutrino decays with 21 cm cosmology
我们展示了如何21厘米宇宙学可以测试遗迹中微子辐射衰变成不育中微子。利用最近的EDGES结果,我们得到的衰减中微子的寿命的限制。如果EDGES异常将被证实,那么有两个解决方案,一个是比宇宙年龄长得多的寿命,另一个是比宇宙年龄短得多的寿命,这表明残余中微子辐射衰变可以以简单的方式解释异常。我们还展示了如何将EDGES结果与射电背景观测结果相结合,表明在拟议的非标准宇宙学场景中,ARCADE 2过剩也可以与EDGES异常一起再现。我们对EDGES探测到的红移处的比强度的计算也适用于衰变暗物质的情况,并修正了以往文献中的一个有缺陷的表达式。
2018-09-20 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino Halos in Clusters of Galaxies and their Weak Lensing Signature
我们研究了残余中微子对成团和大尺度结构发展的非线性引力效应是否可以通过弱引力透镜观测到。我们计算了星系团球形模型中残余大质量中微子的密度分布,给出了几种中微子质量方案和星系团质量。残余中微子对质量分布增加了一个小的扰动,使其在外部更加扩展。原则上,这种非线性中微子扰动可以在全天空弱透镜巡天(如EUCLID)中检测到,方法是对宇宙中大部分可见质量星系团的切变剖面进行平均,或者从其在一般弱透镜功率谱或其与星系的交叉谱中的签名中检测到。然而,正确地模拟重子和冷暗物质的质量分布,并将任何系统误差抑制到检测中微子扰动所需的精度,这是一个严峻的挑战。
2011-04-25 astro-ph.CO
The Density of Relic Neutrinos Near the Surface of Earth
本研究针对地球表面附近遗迹中微子与反中微子密度不对称性的既有结论提出修正,指出该效应量级为$O(G_F)\sim10^{-8}$、垂直范围约1毫米,纠正了此前量级与范围的误判。
2024-03-06 astro-ph.CO hep-ph
The relic neutrino composition as seen from Earth
在产生时,残余中微子背景包含相等比例的电子$ν_e$、μ子$ν_μ$和τ子$ν_τ$中微子。我们发现,我们的银河系和其他附近的宇宙天体的引力场改变了太阳系附近的这种成分,使其富含最重的中微子$nu_3$。这种质量态几乎不含电子成分(只有$ν_e$中的$\sim 2\%$),并且含有比tau更多的μ子成分。结果,遗迹背景变得富含taon,特别是μ子中微子。对于地球上的观测者来说,电子遗迹中微子是最稀有的:遗迹背景可能只包含其中的$\gtrsim 20\%$,而不是$1/3$。
2021-01-18 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
A precision calculation of relic neutrino decoupling
本文研究了早期宇宙中遗留中微子与电子、正电子和中微子相互作用时平衡谱的畸变。我们首次求解了中微子密度矩阵的积分微分动力学方程,包括从QED到次领先阶$\mathcal{O}(e^3)$的三味振荡和有限温度修正。此外,还直接求解了质量基中中微子的等效动力学方程,并对质量基中中微子谱的畸变进行了数值计算,这一结果可以很容易地外推到当前宇宙中非相对论中微子谱的畸变。在这两个基地,我们发现相同的有效中微子数,$N_{\rm eff} = 3.044$,参数化的总中微子能量密度的值。由于数值计算和中微子混合参数的选择,对$N_{\rm eff}$值的估计误差至多为0.0005。
2020-08-05 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
Optical activity of relic neutrino-antineutrino gas
本文修正了粒子物理标准模型中由宇称破缺引起的手征介质中电磁波双折射问题。最近对电弱等离子体中光子极化算符的弱修正的计算大大改进了天体物理中对这种效应的一些估计。然而,它仍然超出了现有技术的能力。
2013-05-24 astro-ph.CO hep-ph
Efficient Computation of Galaxy Bias with Neutrinos and Other Relics
宇宙学数据可以用来搜索-和描述-在标准模型中的轻粒子,如果这些粒子存在于我们的宇宙中。除了这些光遗迹在背景宇宙学中的众所周知的效应之外,通常通过中微子种类的有效数量$N_{\rm eff}$的变化来参数化,这些粒子可以在稍后的时间变得非相对论性,由于它们的热速度而影响物质波动的增长。一个被广泛研究的例子是大质量中微子,众所周知,由于它们的自由流动,它们会在物质功率谱中产生抑制。因此,作为物质涨落的有偏迹线,伽辽金可以为我们提供大量关于标准模型中已知和未知自由度的信息。然而,为了利用这些信息,必须在存在大规模遗迹的情况下确定星系偏差,预计这将随着规模而变化。在这里,我们提出的代码RelicFast,它有效地计算不同的质量,自旋和温度的遗物引起的尺度相关的偏见,通过球形崩溃和峰值背景分裂。使用这个代码,我们发现,在一般情况下,轻遗物引起的偏见部分补偿抑制的权力,并应占在任何搜索的遗物与星系数据。特别是,对于中微子的情况下,我们发现,正常的和倒置的层次结构提出了一个拉格朗日偏差的一级步骤,与中微子质量和线性缩放的大小,在最近的模拟一致。RelicFast可以在一秒钟内计算出晕偏差,从而可以以很小的计算成本将这种效应适当地包括在不同的宇宙学和光遗迹中。
2018-05-29 astro-ph.CO hep-ph
Discriminating between Thermal and Nonthermal Cosmic Relic Neutrinos through Annual Modulation at PTOLEMY
如果大质量中微子是狄拉克粒子,那么PIMMY实验将有望通过$ν^{}_e + {^3}{\rm H} \to {^3}{\rm He} + e^-$发现宇宙中微子背景,捕获率为$Γ^{}_{\rm D} \approx 4~{\rm yr}^{-1}$。近年来,有研究指出,狄拉克中微子的右手成分也可能在早期宇宙中大量产生,并成为宇宙遗迹中微子的额外热或非热成分,从而提高了对$Γ^{}_{\rm D} \approx 5.1~{\rm yr}^{-1}$或$Γ^{}_{\rm D} \approx 6.1~{\rm yr}^{-1}$的捕获率。在这项工作中,我们研究的可能性来区分宇宙遗迹中微子的热谱和非热谱通过测量捕获率的年度调制。对于$0.1~{\rm eV}$的中微子质量,我们发现在标准情况下的年调制幅度是${\cal M} \approx 0.05\%$,在额外的热和非热右手中微子存在下,它将分别增加到$0.1\%$和$0.15\%$。未来对这种调制的探测将有助于理解大质量中微子的Majorana或Dirac性质。
2016-12-08 astro-ph.CO hep-ph
Heavy sterile neutrinos, entropy and relativistic energy production, and the relic neutrino background
我们探讨了重中性费米子存在的意义(即,无菌中微子)的早期宇宙的热历史。特别是,我们考虑静止质量在100 MeV到500 MeV范围内的无菌中微子,与普通活性中微子的耦合足够大,以保证在早期宇宙中温度T > 1 GeV的时期的热平衡和化学平衡,但在一个范围内,衰变寿命从秒到分钟。这样的中微子会在早期退耦,其残余密度与光子相当,但会在平衡状态下衰变,从而在大爆炸核合成(BBN)之前或期间产生巨大的熵。所考虑的大多数无菌中微子静止质量和寿命的范围与宇宙微波背景(CMB)对相对论粒子对能量密度的贡献的限制不一致(例如,由N_eff参数化)。然而,一些无菌中微子参数可以导致一个可接受的N_eff。这些参数范围伴随着普通背景遗迹中微子的相当大的稀释,可能对BBN产生不利影响,但有时落在可以解释某些粒子物理模型中测量的中微子质量的范围内。当这些探测器的探测阈值低于实验室确定的中微子质量值时,这些无菌中微子的一个鲁棒特征将是测量的N_eff不等于3,并且没有中微子静止质量的宇宙学信号,这些中微子质量值由大气中微子振荡尺度或直接测量确定,例如,KATRIN或无中微子双β衰变实验。
2011-10-28 astro-ph.CO hep-ph
Can we use heavy nuclei to detect relic neutrinos?
针对固态遗迹中微子探测所需重β衰变核缺乏软中微子俘获截面的问题,本文提出由同位素β谱实验提取该截面的方法。
2023-10-02 astro-ph.CO hep-ph
Effects of primordial fluctuations on relic neutrino simulations
本研究利用N-1-body模拟框架,发现初始条件中的原初涨落对宇宙中微子背景(C$ν$B)的丰度和各向异性影响显著,其效果与纳入大尺度结构相当,对未来PTOLEMY等观测数据的解释至关重要。
2024-11-13 astro-ph.CO hep-ph
Relic neutrino decay: a solution to the excess radio background
针对 ARCADE 2 射电背景过剩缺乏天体物理解释的问题,提出遗迹中微子辐射衰变为惰性中微子的方案,能很好拟合数据并预测更强的 21 cm 吸收信号,但与 EDGES 结果存在轻微张力。
2024-06-03 astro-ph.CO hep-ph
Relic neutrinos: Physically consistent treatment of effective number of neutrinos and neutrino mass
我们进行了一个独立的模型研究的中微子动量分布在冻结,治疗冻结温度作为一个自由参数。我们的研究结果意味着,中微子再加热的测量,其特征在于测量的中微子$N_ν$的有效数量,相当于确定的中微子动力学冻结出的温度范围内的粒子物理学的标准模型的中微子口味的数量是固定的,没有其他的无质量(分数)粒子的出现。在中微子质量量级的温度下,我们展示了宇宙背景中微子属性(即能量密度、压力、粒子密度)如何以物理一致的方式作为中微子质量和$N_ν$的函数进行修改。
2013-12-10 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Neutrino Direct Simulation Monte Carlo: Accurate modeling of out-of-equilibrium decaying cosmological relics
Tohoku University(东北大学);The University of Tokyo(东京大学);CERN(欧洲核子研究中心);Taras Shevchenko National University of Kyiv(基辅塔拉斯·舍甫琴科国立大学)
本文扩展中微子直接模拟蒙特卡洛($\ u$DSMC)方法,联合演化衰变遗迹、中微子谱与宇宙膨胀并耦合核合成,实现非平衡中微子输运的精确建模,支持对非标准宇宙学的稳健参数扫描。
2026-10-30 astro-ph.CO hep-ph
Imprint of Explosion Mechanism on Supernova Relic Neutrinos
本文计算了超新星遗迹中微子的能谱和事例率,并考虑了超新星核中冲击波复活所需时间的依赖性。冲击波的恢复时间取决于尚不清楚的超新星爆发机制。黑洞形成失败的超新星的贡献也被认为是。总事件率较高的模型与较长的冲击波复兴时间和/或失败的超新星的贡献。谱的硬度并不强烈依赖于激波恢复时间,但由于失败的超新星谱变得硬。因此,超新星遗迹中微子的激波-复兴-时间依赖性与超新星失败的部分有不同的系统性。
2013-10-15 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Relic Neutrinos, thermal axions and cosmology in early 2014
我们提出了最新的宇宙学界限的总和活跃的中微子质量,以及扩展的宇宙学的情况下,额外的热遗物,热轴子或不育中微子物种。我们的分析考虑了2014年初所有现有的宇宙学数据,包括来自重子振荡光谱巡天的最近和最精确的重子声学振荡(BAO)测量。在最小的三个活动中微子的情况下,我们发现在95%CL的组合的CMB,BAO和哈勃空间望远镜的测量的哈勃常数的总和mnu < 0.22 eV。当加入普朗克星系团星表中的sigma_8和Omega_m对星系数计数的约束时,三个活跃中微子质量之和约为0.3 eV的非零值在大于3个标准差时是明显有利的。这种对非零热残余质量的偏好在热轴子和大质量无菌中微子方案中几乎完全消失。额外的轻物质有助于相对论自由度的有效数量,通过Neff参数化。我们发现,当考虑到最近从BICEP 2实验中检测到的B模偏振时,在LCDM+r模型的框架内对组合CMB数据的分析给出Neff= 4.00pm 0.41,表明存在超过95%c.l.的额外相对论遗迹。只有CMB数据。
2014-03-19 astro-ph.CO hep-ph
Experimental method of detecting relic neutrino by atomic de-excitation
温度为1.9 K的宇宙背景中微子影响亚稳态激发原子的中微子对辐射发射率,因为它的存在根据泡利不相容原理阻碍了中微子对的辐射。我们定量研究了泡利阻塞如何扭曲光子能谱,并计算了它对宇宙参数的敏感性,如中微子温度和化学势。对这些参数测量的高灵敏度的重要量被发现是原子退激发的能级间距和最轻中微子的未知质量值,特别是它们之间的相互关系。
2014-09-12 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Simulating relic gravitational waves from inflationary magnetogenesis
我们提出了三维直接数值模拟的磁场和引力波(GWs)的生产在早期宇宙在低能量尺度物质为主的后暴胀再加热时代,并在随后的早期辐射时代,这是强烈的湍流。确定模型的参数,使得其避免了许多已知的物理问题,并且在再加热结束时产生在临界能量密度的0.2%和2%之间的磁能密度。在随后发展的湍流磁流体级联,磁场和GW开发的频谱,延伸到更高的频率在毫赫兹(纳赫兹)范围内的模型与再加热温度约100 GeV(150 MeV)在辐射主导的时代开始。然而,即使湍流级联是充分发展的,GW频谱显示出一个急剧下降的频率以上的峰值。这表明湍流在驱动GW方面的效率比以前认为的要低。由此产生的GW光谱的峰值很可能在空间干涉仪,脉冲星定时阵列和其他设施可访问的范围内。
2021-10-12 astro-ph.CO gr-qc
New cosmological bounds on hot relics: Axions $\&$ Neutrinos
如果在自然界中实现,轴子可以在早期宇宙中通过热过程大量产生,有助于热遗迹的质量-能量密度。根据最近的宇宙学观测,我们分析了两个不同的热过程中的一个现实的混合热暗物质的情况下,其中也包括大量的中微子。考虑到轴子-胶子热化通道,我们导出了热遗迹质量$m_a < 7.46$ eV和$\sum m_ν< 0.114$ eV的最大限制边界,它们都是在95% CL;在研究轴子-π介子散射时,在不假设轴子-π介子相互作用的任何特定模型和保持手征微扰理论的有效范围内,我们的最大约束边界改进为$m_a<0.91$ eV和$\sum m_ν< 0.105$ eV,两者均为95% CL。有趣的是,在这两种情况下,中微子的总质量都非常接近中微子质量排序的预测。如果未来的地球双β衰变和/或长基线中微子实验发现自然质量排序是颠倒的,这可能会排除目前允许的热轴子窗口的广泛区域。因此,我们的研究结果强烈支持多信使搜索的轴子和中微子的属性,连同他们的预期灵敏度的联合分析。
2021-05-26 astro-ph.CO hep-ph
Probing the small-scale primordial power spectrum via relic neutrinos and acoustic reheating
University of Zurich(苏黎世大学);University of Trento(特伦托大学);Trento Institute for Fundamental Physics and Applications (TIFPA)-INFN(基本物理与应用特伦托研究所(TIFPA)-意大利国家核物理研究所);Institute d’Astrophysique de Paris (IAP)(巴黎天体物理学研究所);The Johns Hopkins University(约翰斯·霍普金斯大学);University of Oxford(牛津大学)
研究通过残留中微子和声学再加热探测小尺度原初功率谱,利用中微子衰减降低温度以限制原初曲率功率谱,与大爆炸核合成等其他观测结果互补。
2026-05-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Diffuse Boosted Cosmic Neutrino Background
本文计算了宇宙射线散射产生的高能加速遗迹中微子的弥散通量,并指出当前实验未观测到该通量,从而排除了宇宙学距离上平均中微子背景超密度大于约$10^{4}$的情况,同时探讨了其未来可探测性。
2025-03-05 astro-ph.CO hep-ph
Photo- and Hadrodisintegration constraints on massive relics decaying into neutrinos
本文系统研究遗迹粒子衰变为中微子对早期宇宙轻元素丰度的影响,采用蒙特卡罗概率方法统一处理光致蜕变与强子蜕变过程,从而在广泛的粒子质量和寿命范围内获得显著宇宙学约束。
2025-05-02 astro-ph.CO hep-ph
Helicity-changing Decays of Cosmological Relic Neutrinos
本文研究了有质量中微子通过不可见衰变变得不稳定的可能性,发现狄拉克中微子的螺旋度改变衰变会显著影响类PTOLEMY实验对遗迹中微子的俘获率,增加了探测难度。
2024-09-12 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Rapid Methods for Modeling Overdensities of Massive Neutrinos and Other Non-Cold Relics
提出一种基于 N-1-body 模拟的高效数值框架,可快速计算平坦 FRW 宇宙中球对称暗物质晕附近的中微子密度剖面,并支持灵活参数扫描与新物理整合。
2024-10-10 astro-ph.CO hep-ph
Annual Modulation of Cosmic Relic Neutrinos
宇宙中微子背景(CvB)在大爆炸后约一秒产生,渗透到今天的宇宙中。新的技术进步使得中微子在β衰变核(NCB)上的捕获成为探测CvB的明确途径。我们表明,太阳引力聚焦导致预期的中微子捕获率每年调制。调制的幅度和相位依赖于局部中微子背景的相空间分布,这是由结构形成扰动。这些结果也适用于在NCB实验中寻找不育中微子。引力聚焦是中微子捕获实验的唯一调制源,与暗物质直接探测搜索相反,在暗物质直接探测搜索中,地球相对于太阳的随时间变化的速度也起着作用。
2014-04-02 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Sound Speed and Viscosity of Semi-Relativistic Relic Neutrinos
以声速$c_{\rm eff}^2$和粘性$c_{\rm vis}^2$作为有效参数的广义流体方程,为检验残余中微子“零假设”(即中微子在复合之前是相对论性的和自由流动的)提供了一种方便的唯象形式。在这项工作中,我们放松了相对论性假设,并问“广义流体方程在多大程度上可以容纳有限质量的中微子?“我们既考虑了活跃中微子的质量,它们在复合$m^2 / T^2 \sim 0.2$时基本上仍然是相对论性的,也考虑了半相对论性不育成分的影响。虽然质量/混合参数与$c_{\rm eff}^2$和$c_{\rm vis}^2$之间没有一对一的映射,但我们证明了中微子质量的存在可能会导致在$0.01 m^2 / T^2 \sim 10^{-3}$水平上测量$c_{\rm eff}^2$和$c_{\rm vis}^2$的偏差。
2016-07-05 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Upper Limits on the Cosmic Neutrino Background from Cosmic Rays
本文研究了宇宙射线与宇宙中微子背景散射产生的高能遗迹中微子流,针对质量约0.1 eV的最轻中微子,得出了局部及TXS 0506+056处遗迹中微子超密度的上限,并指出未来实验可显著改善这些约束。
2024-09-23 astro-ph.CO hep-ph
Relic neutrino decoupling with flavour oscillations revisited
本文研究了早期宇宙中中微子在三味振荡下的退耦过程。通过求解中微子密度矩阵的动量相关动力学方程,首次得到了中微子谱的演化,其中包括了对角和非对角元素的碰撞积分。这种改进的计算修改了中微子密度矩阵的非对角元素的演化,改变了冻结中微子谱偏离平衡态的情况。然而,它不会改变中微子对宇宙学能量密度的贡献,通常以中微子的有效数N_eff表示。我们发现N_eff=3.045,与以前的理论计算和普朗克数据的最新分析相一致。这个结果不依赖于中微子质量的排序。我们还考虑了非标准中微子-电子相互作用(NSI)的影响,在许多理论模型中预测中微子获得质量。对于目前数据允许的两组NSI参数,我们发现N_eff可以降低到3.040或提高到3.059。
2016-06-22 astro-ph.CO hep-ph
Relic neutrinos: Antineutrinos of Primordial Nucleosynthesis
首次计算了原始核合成时期中子和氚衰变形成的反中微子能谱。这个光谱是除了标准宇宙中微子背景(C $ν$ B)之外的非热增加,其热光谱在原始核合成开始之前形成。对于大于$10^{-2}\,$ eV的能量,计算的非热反中微子通量超过C $ν$ B谱,并且在这个范围内没有其他可比较的反中微子源。对这些反中微子的观测将使我们能够直接观察非常早期的宇宙和发生在原始核合成之前、期间和之后一段时间的非平衡过程。
2018-09-10 astro-ph.CO hep-th
Electromagnetic Radiation from Cosmic-Ray Scatterings on Relic Neutrinos
Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院);Harvard University(哈佛大学);Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics(哈佛-史密松天体物理中心)
宇宙射线与 relic 中微子散射产生伽马射线和X射线,研究发现其对中微子背景过密度的限制比现有实验更严格。
2026-02-23 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Relic neutrino detection through angular correlations in inverse $β$-decay
在β衰变核上捕获中微子是目前唯一已知的可能可行的宇宙背景中微子探测方法。它是基于这样一种想法,即把俘获不稳定核上的残余中微子所产生的电子或正电子的光谱与通常的$β$衰变所产生的电子或正电子的光谱分开,并且要求探测器具有非常高的能量分辨率,可以与中微子质量相媲美。本文提出了一种区分中微子俘获和$β$衰变的方法,它是基于残余中微子俘获引起的反β衰变跃迁角关联的周期性变化。预计时间变化是由于太阳相对于C $ν$ B静止坐标系的特殊运动和地球绕其轴的旋转而产生的,并且可以在极化和非极化核靶的实验中观察到。所建议的方法的主要优点是,它不依赖于所产生的$β$ -粒子的检测的能量分辨率至关重要,并且即使该分辨率超过最大中微子质量也可以操作。
2019-08-09 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Non-thermal cosmic neutrino background
我们指出,对于狄拉克中微子,除了标准的热宇宙中微子背景(C $ν$ B)外,还可能存在一个数密度相当的非热宇宙中微子背景。由于右手成分基本上与标准模型粒子的热浴解耦,具有非热分布的残余中微子可能直到今天还存在。非热背景(nt)的残余密度可以由通常的观测界限上的有效数量的无质量自由度$N_\mathrm{eff}$的约束,并可以大到$n_{ν_{\mathrm{nt}}}\lesssim 0.5\,n_γ$。特别地,在没有任何奇异态的情况下,$N_\mathrm{eff}$可以大于3.046。非热残余中微子对探测C $ν$ B有不可减少的贡献,因此,可能会在未来的实验中被发现,如PIMMY。我们还提出了一个混乱的通货膨胀的情况下,一个非热背景可以自然地产生的通货膨胀预热。因此,非热残余中微子可能构成了了解极早期宇宙的一个新窗口。
2016-01-07 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological forecasts on thermal axions, relic neutrinos and light elements
未来宇宙微波背景和重子声学振荡测量的目标之一是提高中微子区的测量精度,提高对早期宇宙超暗辐射的灵敏度。在本文中,我们研究如何将这些改进转化为约束力的基本粒子的标准模型,涉及到量子色动力学(QCD)相变前热化的轴子散射与胶子动机良好的扩展。假设一个基准的$Λ$ CDM宇宙学模型,我们模拟了未来的数据阶段IV CMB和暗能量光谱仪(DESI)的调查和分析的混合方案的轴子和中微子热暗物质。我们还进一步说明了这些QCD轴子对大爆炸核合成预测的轻元素丰度的影响。最具约束力的预测限制的热遗迹质量是$m_{\rm a} \lesssim 0.92$ eV和$\sum m_ν\lesssim 0.12$ eV在95%的置信水平,表明未来的宇宙观测可以大大提高目前的边界,支持多信使分析的轴子,中微子和原始轻元素的属性。
2022-02-08 astro-ph.CO hep-ph
Spin-Flavor Oscillations of Relic Neutrinos in Primordial Magnetic Field
本研究探讨原初磁场对遗迹中微子的作用,证明狄拉克中微子可在早期宇宙通过自旋-味振荡半数变为惰性中微子,且该效应在标准模型磁矩数倍的实验约束下仍可实现,为新物理与宇宙磁场研究提供新视角。
2024-02-27 astro-ph.CO hep-ph
Relic Right-handed Dirac Neutrinos and Implications for Detection of Cosmic Neutrino Background
大质量中微子是马约拉纳粒子还是狄拉克粒子还有待实验确定。在这方面,最近有人提出,在未来的中微子捕获β衰变核的实验中,探测左手中微子$ν^{}_{\rm L}$和右手反中微子$\overlineν^{}_{\rm R}$的宇宙中微子背景(例如,$ν^{}_e + {^3{\rm H}} \to {^3}{\rm He} + e^-$(PIMOMY实验中的$ν^{}_e + {^3{\rm H}} \to {^3}{\rm He} + e^-$)很可能区分马约拉纳中微子和狄拉克中微子,因为前者的俘获率是后者的两倍。本文研究了右手中微子对俘获率的影响,假设大质量中微子是Dirac粒子,右手中微子$ν^{}_{\rm R}$和左手反中微子$\overlineν^{}_{\rm L}$在早期宇宙中都可以有效地产生.结果表明,由于残留的$ν^{}_{\rm R}$和$\overlineν^{}_{\rm L}$的存在,$28\%$最多能提高捕获率,总的数密度为$95~{\rm cm}^{-3}$,应该与宇宙中微子背景的数密度$336~{\rm cm}^{-3}$相比较。这种增强实际上受到最新宇宙学和天体物理学关于中微子有效代数$N^{}_{\rm eff} = 3.14^{+0.44}_{-0.43}$在$95\%$置信水平上的界限的限制。为了说明,在早期宇宙中,右手中微子的热产生有两种可能的…
2015-12-25 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Relic Neutrino Freeze-out: Dependence on Natural Constants
对宇宙微波背景辐射波动的分析有利于有效的中微子数量,即$N_ν>3$。这激发了对中微子冻结过程的重新研究。在这里,我们描述的依赖$N_ν$的标准模型(SM)参数,管理中微子冻结。我们表明,$N_ν$取决于组合$η$的几个自然常数表征在早期宇宙中的弱相互作用过程的相对强度和温伯格角$\sin^2θ_W$。我们确定数值依赖$N_ν(η,\sin^2θ_W)$,并讨论这些结果。广泛的数值计算是可能的两个新的数值程序:一个光谱法玻尔兹曼方程求解器,以适应新兴的化学非平衡,和一种方法来评估玻尔兹曼方程碰撞积分,生成一个光滑的被积函数。
2014-12-12 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Relic Neutrino Background from Cosmic-Ray Reservoirs
本文计算星系团宇宙射线储库中UHECR向上散射的RνB通量,结合截面、成分和味信息给出IceCube限制及未来实验检验范围。
2025-01-07 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Probing the Cosmic Neutrino Background and New Physics with TeV-Scale Astrophysical Neutrinos
本文利用IceCube探测到的三个TeV中微子源事件,通过标准模型及新物理情形下的散射效应约束残余中微子超密度和新型中微子自相互作用耦合强度。
2025-07-03 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Non-Equilibrium Aspects of Relic Neutrinos: From Freeze-out to the Present Day
本论文主要研究了从$T=O(1)$ MeV中微子冻结到自由流时代至今的残余(或宇宙)中微子分布的演化和性质,重点研究了中微子谱偏离平衡态的情况。特别是,我们证明了存在的化学非平衡,继续到今天。这项工作自然分为两部分。第一个重点是可以利用守恒定律探索的遗迹中微子的各个方面。第二部分利用广义相对论玻尔兹曼方程研究中微子的分布。第一部分首先概述了宇宙的历史,从中微子冻结之前一直到现在,将宇宙中微子演化的历史放在适当的背景下。受普朗克CMB测量中微子有效数的启发,我们推导出中微子冻结的性质,这些性质仅依赖于守恒定律,并且与散射过程的细节无关。第一部分以从地球上看到的当今中微子光谱的特征结束。本论文的第二部分着重于宇宙中微子的性质,这取决于中微子反应的细节,是必要的建模非热畸变从平衡和计算冻结温度。我们详细介绍了一种新的谱方法求解玻尔兹曼方程,基于动力学基础的正交多项式,以及一个改进的程序,用于分析简化相应的散射积分,随后的数值计算。我们应用这些新的解决方案的方法来解决玻尔兹曼方程通过中微子冻结期和执行参数的中微子冻结的依赖关系的标准模型参数的研究。
2014-09-16 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Pseudo-Dirac Neutrinos and Relic Neutrino Matter Effect on the High-energy Neutrino Flavor Composition
本文提出若中微子为赝狄拉克粒子,宇宙中微子背景可产生能量依赖的味比物质效应,并论证下一代中微子望远镜原则上可探测该效应与赝狄拉克假设。
2025-02-06 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Birefringence of electromagnetic waves in the relic neutrino gas
本文在粒子物理的标准模型下,重新考虑了电磁波在等离子体和$ν\barν$ -气体介质中的双折射问题。所考虑的效果出现在这样的介质中,由于宇称破坏的电弱中微子-电子相互作用。我们最近计算的电弱等离子体中的光子极化算符的电弱修正,使我们能够显着地改进一些以前的估计,这种效应在天体物理学。我们估计了电磁波在星系际空间非相对论等离子体中传播并与残留中微子和反中微子气体相互作用时的旋转功率。我们表明,在等离子体的存在下,在$ν\barν$ -气体的EM波双折射效应超过显着的效果,在$ν\barν$ -气体在空的空间考虑较早。这些先前的双折射的处理依赖于使用费曼图中虚带电轻子的前向散射振幅$γν\to γν$计算真空中壳层上光子的折射率。实验观察的可能性建议在这里进行了讨论。
2021-03-25 astro-ph.CO hep-ph
Nonconservation of lepton current and asymmetry of relic neutrinos
本文计算了早期宇宙等离子体$n_ν- n_{\bar ν}$在电弱相变前后的中微子不对称性。在标准模型中,EWPT之前的稀薄演化是由无质量超荷场中的阿贝尔反常驱动的。EWPT后希格斯相中中微子不对称性的产生,反过来,以前没有考虑过,因为对于中微子这样的电中性粒子来说,在外部电磁场中没有任何量子异常,这与带电的左和右极化无质量电子在同一电磁场中的阿德勒异常不同。利用动量空间中的Berry曲率项修正的中微子Boltzmann方程,建立了EWPT后等离子体中宏观中微子流的破缺,精确地再现了量子场论中由于非零轻子超荷和相应的超荷场中三角形反常而引起的EWPT前对称相轻子流的不守恒.在最后一种情况下,轻子流的破坏是通过动力学方法导出的,而不需要计算相应的费曼图。然后应用新的动力学方程计算了Higgs相中微子的不对称性,包括在等离子体中没有中微子碰撞的情况下中微子退耦后的阶段,包括Berry曲率和与背景费米子的电弱相互作用。这种不对称性被发现是相当小的观察。因此,残余中微子和反中微子密度的差异,如果存在的话,应该主要是在对称相EWPT之前获得。
2017-04-25 astro-ph.CO hep-ph