Magnetic fields in a hot dense neutrino plasma and the Gravitational Waves
本文研究了在中微子不对称性存在下,由磁不稳定性引起的原初引力波的谱。磁不稳定性在大尺度上产生螺旋磁场。由磁场产生的各向异性应力被证明是物质-中微子退耦时的原始引力波(GW)的来源。我们期望通过平方公里阵列(SKA)或脉冲星时间阵列(PTA)的观测可以检测到理论上预测的GWs。我们还比较了我们的研究结果与早期的工作,其中磁不稳定性的影响没有被考虑。
2020-04-22 astro-ph.CO
Neutrino currents in wakes of cosmic strings
围绕阿贝尔希格斯弦旋转的中微子会在弦附近产生中性电流。当弦穿过宇宙等离子体时,由弦的运动产生的速度反冲将增强尾流区的中微子流。中微子流密度取决于它与弦的距离,本质上是振荡的。这导致了等离子体中的中微子密度梯度。这种具有周期性密度波动的中微子流将导致等离子体中的电子流。电流的作用就像是穿过宇宙弦尾流的交叉扰动。等离子体的扰动以及高雷诺数将导致宇宙弦尾流中产生磁场。
2019-11-19 astro-ph.CO hep-ph
Collective flavor conversion in dense neutrino plasmas
Gran Sasso Science Institute(格兰萨索科学研究所);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Napoli(意大利国家核物理研究所(INFN)那不勒斯分部)
本文综述致密瞬变源中中微子等离子体的集体味转换,提出 flavomons 准粒子描述,并联系数值模拟进展,解释味不稳定性机制。
2026-09-18 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Neutrino-electron magnetohydrodynamics in an expanding Universe
我们推导出一个新的模型,中微子等离子体相互作用在一个膨胀的宇宙,包括集体效应的中微子上的等离子体成分。我们从平坦的Friedmann-Robertson-Walker度规中的多物种等离子体的动力学描述开始,其中粒子通过弱相互作用的带电和中性电流形式与中微子耦合。然后,我们推导出流体方程,并专门我们的模型(a)轻子时代,在那里我们考虑一对电子-正电子等离子体与电子(反)中微子相互作用,(b)后的电子正电子湮没,在那里我们模拟电子-质子等离子体,并采取慢离子和惯性较小的电子的限制,以获得一组中微子-电子磁流体动力学(NEMHD)方程。在这两个模型中,等离子体的动力学都受到中微子运动通过有质动力的影响,因此,感应方程中出现了新的项,可以作为早期宇宙中产生磁场的来源。我们的模型可能的应用提出了一个简短的讨论。
2021-10-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Gravitational waves from first-order phase transitions in Majoron models of neutrino mass
我们展示了如何在Majoron模型的右手中微子质量的产生可能与一阶相变,并伴随着生产的随机背景的引力波(GWs)。我们探讨不同的能量尺度,只有重整化运营商的有效潜力。如果相变发生在电弱标度以上,则信号可以由未来的干涉仪测试。我们考虑两种可能的能量尺度的相变低于电弱尺度。如果相变发生在一个GeV,信号可以在LISA测试,并提供一个互补的宇宙学探测右手中微子搜索在FASER检测器。如果相变发生在低于100千电子伏,我们发现,GW频谱的峰值是两个或两个以上的数量级低于假定的NANOGrav GW信号在低频率,但在SKA和THEIA实验的范围内。我们展示了如何搜索非常低频率的GWs的动机的解决方案,普通中微子相互作用的黑暗部门的哈勃紧张。我们还提出了适用于超越Majoron模型的相变温度和欧几里得行动的一般计算。
2021-10-05 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Gravitational Waves from the Cosmological Quark-Hadron Phase Transition Revisited
NANOGrav合作组织最近声称可能探测到各向同性的引力波背景,这刺激了一系列寻找这种信号起源的研究。QCD相变似乎是一个自然的候选者,本文计算了夸克到强子转换过程中产生的引力谱。在这里,与最近的研究相反,状态方程的夸克-胶子等离子体发出的晶格方法被采用。跃迁的持续时间是影响引力波谱振幅的一个重要参数,它与爱因斯坦方程控制的宇宙动力学自洽地估计。在跃迁过程中产生的引力信号在0.28 μHz左右达到峰值,无法解释声称的NANOGrav信号。然而,预期的QCD引力波背景可以被计划中的空间干涉仪大爆炸观测器在其高级版本中检测到频率超过1.0 mHz。这种可能的检测假设最近提出的算法将能够从预期的天体物理背景产生的黑洞双星解开宇宙学信号。
2021-08-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Generation of the relic neutrino asymmetry in a hot plasma of the early Universe
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EWPT之前的标准模型中,稀薄成因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,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Adler-Bell-Jackiw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的三角形反常引起的EWPT前对称相轻子流的不守恒.在最后一种情况下,轻子流的不守恒是通过动力学方法推导出来的,而不需要计算相应的费曼图。然后,新的动力学方程被应用于计算中微子的不对称性占的Berry曲率和电弱相互作用与背景费米子在Higgs阶段。这种相互作用通过中微子电流与等离子体中电磁场的电弱耦合产生中微子不对称性,即$\sim G_\mathrm{F}^2$。事实证明,这种效果是特别有效的最大螺旋磁场。
2017-12-18 astro-ph.CO hep-ph
Cosmic Overture Echoed in a Stellar Final Act: Implications of Nanohertz Gravitational Waves for Core Collapse Supernova Neutrinos
Brookhaven National Laboratory(布鲁海文国家实验室);New York University(纽约大学)
本文提出纳赫兹引力波可能源于宇宙早期一级相变,并探讨其在核心坍缩超新星中微子谱上的可探测印记,为早期宇宙解释提供支持,同时暗示低质量跷跷板机制。
2026-09-15 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Neutrino Emission and Plasma Heating from Primordial Black Holes: An Improved Approach to $N_\mathrm{eff}$ Constraints
本文通过同时考虑原初黑洞霍金辐射产生的次级中微子和光子等离子体加热效应,改进对 $N_{\mathrm{eff}}$ 的计算,从而对初始质量在 $10^9$–$10^{13}$ 克范围内的轻原初黑洞丰度给出新的宇宙学约束。
2025-09-02 astro-ph.CO hep-ph
Towards distinguishing Dirac from Majorana neutrino mass with gravitational waves
提出通过伴随中微子质量产生的引力波谱形状差异区分狄拉克与马约拉纳中微子质量,基于通用seesaw机制与不同对称性破缺产生特征引力波,为无中微子双贝塔衰变实验提供互补方案。
2024-01-24 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Natural Saturation Of The Sterile Neutrino Dark Matter Resonant Production By a High Lepton Flavor Asymmetry In Primordial Plasma
Institute for Nuclear Research of the Russian Academy of Sciences(俄罗斯科学院核物理研究所);Moscow Institute of Physics and Technology(莫斯科物理技术学院)
本文发现高轻子味不对称性会延迟惰性中微子共振产生并触发活性中微子振荡,从而自然饱和暗物质丰度,并给出混合参数的两个数量级约束范围。
2026-09-28 astro-ph.CO hep-ph
How collective modes terminate in the dispersion relation of neutrino plasmas
Gran Sasso Science Institute (GSSI)(格兰萨索科学研究所);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Napoli(意大利国家核物理研究所那不勒斯分部)
本研究探讨中微子等离子体中集体模式终止的机制,分类了简并点与突然终止两类奇异行为,并证明洛伦兹分布可等价为有效碰撞率,简化色散关系。
2026-10-01 astro-ph.CO astro-ph.HE 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
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
Cosmological Constraints on First-Order Phase Transitions
一阶相变存在于标准模型之外的许多模型中,并且可以产生可检测的强随机引力波。利用大爆炸核合成中的宇宙学观测值和宇宙微波背景,我们导出了与模型无关的相变温度和强度参数的约束。对于强的相变,我们发现,相变温度应高于约2 MeV的再加热光子和中微子的情况下。对于一个弱的温度低于1 MeV,相变强度参数被限制为小于0.1左右。使用一阶相变来解释NANOGrav观测到的引力波信号的影响也进行了讨论。
2021-09-29 astro-ph.CO 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
Dispersion relation of the neutrino plasma: Unifying fast, slow, and collisional instabilities
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY(德国电子同步加速器);Max-Planck-Institut für Physik(马克斯·普朗克物理研究所)
研究中微子密集环境中中微子自旋集体动力学的色散关系,统一快、慢和碰撞不稳定性,推导了不同模式的近似色散关系,揭示了不稳定性增长速率和性质。
2026-03-30 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Sterile neutrino production at small mixing in the early universe
在早期宇宙中,惰性中微子可以通过与活跃中微子的相互作用产生。对于小的活性-无菌混合角,与标准模型等离子体的热平衡没有达到,无菌中微子只能通过味振荡产生。我们详细研究了这一制度,考虑到物质的潜力和退相干效应所造成的弹性散射与等离子体。我们发现,共振振荡发生在温度$T\lesssim 10\,\mathrm{GeV}$导致一个显着的增强无菌中微子的生产率。考虑到这一点,我们改进了对大爆炸核合成和宇宙微波背景的活性-无菌混合的约束,排除了对于$10\,\mathrm{MeV}$至$10\,\mathrm{GeV}$范围内的无菌中微子质量的混合角降至$θ_s\sim 10^{-10}-10^{-16}$。我们观察到,如果不育中微子主要衰变成亚稳的隐藏扇区粒子,这个过程提供了一个新的暗物质生产机制,符合不育中微子轻中微子质量的起源通过跷跷板机制。
2022-04-08 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological radiation density with non-standard neutrino-electron interactions
中微子与电子的非标准相互作用(NSI)被认为会改变中微子与宇宙等离子体脱钩的图像。NSI通过物质效应修改了味振荡,以及热等离子体中中微子与电子和正电子之间的湮灭和散射。鉴于即将到来的宇宙学观测,我们进行了非普适和变味NSI的中微子的有效数,$N_{eff}$的影响的精确研究。我们介绍了由不同NSI参数引起的$N_{eff}$的变化,并讨论了它们之间现有的简并性,无论是从宇宙学角度还是与地球实验的当前边界的关系。尽管宇宙学对NSI的敏感性一般不如这些实验,但我们发现,未来的宇宙学数据将为一些耦合及其组合提供竞争性和互补性约束。
2021-05-17 astro-ph.CO hep-ph
Generation of cosmic magnetic fields in electroweak plasma
我们研究磁星和早期宇宙中强磁场的产生。为此目的,我们计算反对称贡献的光子极化张量的介质中的电子-正电子等离子体和气体的中微子和反中微子,相互作用的标准模型。这样的贡献准确地考虑了等离子体的温度和化学势以及在此背景物质中的光子色散定律。结果表明,当中微子和反中微子之间存在非零不对称性时,非零的Chern-Simons参数导致磁场的不稳定性,从而导致磁场的增长.我们将此结果应用于描述超新星爆发第一秒的磁场放大。这一机制可以解释磁星的强磁场。然后,我们使用我们的方法来研究宇宙磁场的演化。我们发现中微子不对称性的下限与著名的大爆炸核合成绑定在一个热的宇宙等离子体相一致。最后,我们研究的问题,是否磁场可以被放大的背景物质组成的自相互作用的电子和正电子。
2014-09-04 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Isocurvature Induced Gravitational Waves at Pulsar Timing Arrays
University of Science and Technology of China(中国科学技术大学)
本文研究了四种等曲率扰动(CDM、物质、中微子和自由流暗辐射)引发的引力波谱,发现自由流暗辐射的引力波谱与CDM不同,且在大尺度上对等曲率扰动设定了严格约束。
2026-05-07 astro-ph.CO hep-ph
Quark-Gluon Plasma as the Possible Source of Cosmological Dark Radiation
中微子的有效数$N_{\text{eff}}$是从宇宙微波背景辐射涨落中得到的,它可以解释宇宙中存在的所有有效的无质量自由度,包括但不限于三个已知的中微子。利用格点QCD导出的QGP状态方程,我们用夸克胶子强子化附近未知自由度的冻结来约束$N_{\text{eff}}$的观测范围。我们探讨这些粒子的耦合的限制,应用动力学理论的方法。我们提出了这样的粒子的耦合的界限,并讨论了$N_{\text{eff}}$和QGP转换的实验室研究QGP之间的连接的影响。
2014-11-23 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Baryogenesis from ultralight primordial black holes and strong gravitational waves from cosmic strings
超轻原初黑洞(PBH)($\lesssim10^9$ g)通过霍金辐射(HR)完全蒸发,并产生给定理论中的所有粒子,而不管它们之间的其他相互作用。如果右手中微子是由PBH蒸发产生的,那么通过轻生作用成功的重子生成预言了右手中微子和黑洞的质量尺度。我们表明,考虑到理论中的轻子数违反(RH中微子质量的产生)是规范的$U(1)$破坏的结果,随后形成PBH,宇宙弦网络自然会产生强的随机引力波(GW)脉冲星计时阵列(PTA)和LIGO 5灵敏度水平的信号。此外,由于早期宇宙中存在一个黑洞主导的过渡时期,此时重子不对称性与初始PBH密度无关,GW谱在MHz频率附近出现一个突变。因此,为了观察通过HR发射引力子的通常GW信号的破裂,需要更高频率的GW探测器。NANOGrav PTA最近发现了一个随机的共同频谱过程(解释为GWs)在许多恒星之间,这与大宇宙弦环($α\simeq 0.1$)的PBH重子生成有矛盾。
2021-07-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Sterile neutrino dark matter: A tale of weak interactions in the strong coupling epoch
我们详细研究了标准模型中微子与原初等离子体的弱相互作用及其对无菌中微子暗物质共振产生的影响。受小尺度上宇宙结构形成问题的启发,并报道了可能是由于无菌中微子衰变产生的X射线信号,我们考虑了$7$ keV尺度的无菌中微子。振荡驱动的生产,这种不育中微子发生在温度$T \gtrsim 100$ MeV,在那里我们研究了两个显着的影响,在原始等离子体中的弱带电物种:(1)输入轻子不对称的重新分配;(2)不透明的活性中微子。我们解析地计算了夸克-强子跃迁上下的重分布,并通过跃迁与格点量子色动力学计算相匹配。我们估计不透明度由于树级过程涉及轻子和夸克以上的夸克-强子过渡,和最重要的介子以下的过渡。我们报告最终无菌中微子暗物质相空间密度,显着影响这些效果,但相对稳健的夸克-强子过渡的性质剩余的不确定性。我们还提供了宇宙学密度波动的传递函数,截止点在$k \simeq 10 \ h \ {\rm Mpc}^{-1}$,这是相关的星系结构的形成。
2015-07-23 astro-ph.CO hep-ph
Playing with lepton asymmetry at the resonant production of sterile neutrino dark matter
本文研究轻子不对称性在不同中微子味间的非均匀分布及其在产生过程中的消失,证明可放宽BBN与小尺度结构限制,重开更小混合角和更轻惰性中微子暗物质参数区。
2025-07-26 astro-ph.CO astro-ph.GA 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
A First Detection of the Acoustic Oscillation Phase Shift Expected from the Cosmic Neutrino Background
在重子-光子等离子体复合之前,宇宙学中微子的不受阻碍的相对论性传播改变了引力势,从而改变了声振荡的时间依赖性引力驱动的细节。我们在这里报告的第一次检测到的振荡,我们推断从他们的签名在宇宙微波背景(CMB)温度功率谱的时间相位的变化。
2015-08-14 astro-ph.CO hep-ph
Quasi-linear theory of fast flavor instabilities in homogeneous environments
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Napoli(意大利国家核物理研究所(INFN)那不勒斯分部);Max-Planck-Institut für Physik(马克斯·普朗克物理学研究所)
本文提出准线性理论用于研究均匀环境中快速味不稳定性,通过将味波视为独立线性自由度,考虑中微子分布的反作用和非共振中微子-味子相互作用,为绕过非线性小尺度效应提供新方法。
2026-10-27 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Sterile neutrino Dark Matter production from scalar decay in a thermal bath
我们计算了热等离子体中中性或带电标量场衰变产生单重态费米子的速率。我们发现,有相当大的热修正时,等离子体的温度超过质量的衰变标量。在衰变产物为相对论性的情况下,我们给出了温度校正的产生率的解析表达式。我们还研究了制度的非相对论性衰变产物的数值。我们的结果可以用来确定标量衰变中产生的暗物质粒子的丰度和动量分布。包含热修正有助于改善对暗物质粒子自由流动的预测,这对于测试给定模型与宇宙结构形成的兼容性至关重要。经过一些修改,我们的结果可以推广到标量衰变中其他暗物质候选者的产生。
2016-06-13 astro-ph.CO hep-ph