WIMP Freeze-out dynamics under Tsallis statistics
Universidad Católica del Norte（天主教主教大学）
本文基于Tsallis统计研究WIMP冻结过程，通过q分布计算冻结参数和 relic 密度，并发现最佳非扩展参数q在参数空间中存在退化，但固定质量扫描比固定截面扫描更具有约束性。
2026-02-05 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
Kaluza-Klein Graviton Freeze-In and Big Bang Nucleosynthesis
本研究针对额外空间维度模型中Kaluza-Klein引力子的产生与衰变过程，计算其对大爆炸核合成轻元素丰度的影响，给出不同额外维度数下引力基本标度与宇宙最高温度的约束，限制了早期宇宙热浴中黑洞高效产生的可能。
2024-07-10 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter Freeze-out During Matter Domination
University of Illinois at Chicago（芝加哥伊利诺伊大学）
本文研究了在非相对论性物质主导宇宙能量密度时的暗物质冻结场景，指出物质主导期的Hubble膨胀率差异及早期物质衰变对暗密度的稀释作用，导致重现观测遗迹密度所需的质量与耦合参数与辐射主导冻结显著不同。
2017-10-15 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter Freeze-out in a Matter Dominated Universe
宇宙经历了几个阶段的演变，因为它的各种成分决定了它的能量含量。候选的暗物质粒子可能在任何这样的阶段都经历过冻结。虽然在辐射主导的时代，以及最近在标量场衰变期间，标准的冻结场景已经被探索，但这项工作将暗物质冻结的研究扩展到了宇宙以物质为主且其演化绝热的潜在早期。在绝热物质占主导地位的时代，解耦改变了冻结动力学，因为哈勃速率在物质和辐射占主导地位的情况下参数不同。此外，对于成功的大爆炸核合成，控制早期宇宙能量密度的状态必须衰变，这稀释（或重新填充）了暗物质。因此，与观测到的暗物质遗迹密度相匹配的质量和耦合可能与辐射主导的冻结有很大不同。
2021-08-17 astro-ph.CO hep-ph
Constraining Axion Dark Matter with Big Bang Nucleosynthesis
我们表明，大爆炸核合成（BBN）显着约束类轴子暗物质。轴子的行为就像一个振荡的QCD $θ$角，在早期宇宙中发生红移，增加了中子冻结时的中子-质子质量差。类轴子粒子与QCD的耦合太强，导致BBN过程中4 He的产生不足，因此被排除在外。BBN边界与大部分参数空间重叠，这些参数空间将被提议的随时间变化的中子EDM搜索所覆盖。QCD轴子的耦合不足以影响BBN。
2014-02-05 astro-ph.CO hep-ph
Interplay of super-WIMP and freeze-in production of dark matter
非热化的暗物质是宇宙学上有效的替代弱相互作用大质量粒子的范例。对于暗物质属于$Z_2$ -奇数扇区，其中还包含一个热化介质粒子，暗物质的产生一般通过冻结和superWIMP机制进行。我们强调它们之间的相互作用，并强调在对撞机的长寿粒子的连接。对于一个显式的例子，有色的t-通道介质模型，我们映射出整个可访问的参数空间，角落的界限从大型强子对撞机，大爆炸核合成和莱曼α森林观测，分别。我们讨论了HL-和HE-LHC的前景。
2018-12-12 astro-ph.CO hep-ph
Braneworld Cosmological Effect on Freeze-in Dark Matter Density and Lifetime Frontier
在5维膜世界宇宙学中，我们在膜上的4维宇宙的弗里德曼方程在高温下被修改，而标准的大爆炸宇宙学在低温下被复制。基于Randall-Sundrum和Gauss-Bonnet两种著名的膜世界宇宙论，我们研究了膜世界宇宙论对非热暗物质粒子的残余密度的影响，该粒子与标准模型粒子的相互作用非常弱，其残余密度由冻结机制决定.对于早期宇宙中的暗物质产生过程，我们假设一个简单的场景，其中有一个光矢量-玻色子介质，用于暗物质粒子与标准模型粒子进行通信。我们发现，膜世界宇宙学效应可以极大地改变标准大爆炸宇宙学中产生的暗物质遗迹密度。作为应用，我们考虑了以轻$B-L$规范玻色子（$Z^\prime$）为介质的最小$B-L$扩展标准模型中的右手中微子暗物质.我们发现膜世界宇宙学效应的影响，寻找长寿的$Z^\prime$玻色子在计划/拟议的寿命前沿实验。
2019-11-13 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Big Bang nucleosynthesis with a non-Maxwellian distribution
利用Tsallis非广延统计量计算了基于大爆炸核合成模型的轻元素丰度。的非广泛的参数$q$从单位值的变化的影响进行比较，从标准的大爆炸模型的观测和丰度产量。我们发现广泛和非广泛统计计算的反应速率和轻元素丰度之间有很大的差异。我们发现观测结果与非广延参数q = 1 + 0.05 - 0.12一致，表明与玻尔兹曼-吉布斯统计（q = 1）的大偏差是极不可能的。
2013-02-13 astro-ph.CO astro-ph.SR nucl-th
Freeze-In Production of FIMP Dark Matter
我们提出了另一种可计算的暗物质成因机制，“热冻结”，涉及一个弱相互作用大质量粒子（FIMP）与热浴的相互作用如此微弱，它永远不会达到热平衡。与传统的“热冻结”产生机制一样，遗迹丰度反映了初始热分布与粒子质量和耦合的组合，这些都可以在实验室或天体物理学中测量。冷冻产率是由接近FIMP质量的低温主导的IR，并且独立于未知的UV物理，例如膨胀后的再加热温度。弦论紧化的模和模子从弱尺度超对称破缺中获得质量，提供了冻结机制的实现，就像使用狄拉克中微子质量或大统一体尺度抑制相互作用的模型一样。冻结和FIMPs的实验信号可能是壮观的，包括在LHC中产生新的亚稳态有色或带电粒子以及大爆炸核合成的改变。
2009-12-08 astro-ph.CO hep-ph
Constraining scalar dark matter with Big Bang nucleosynthesis and atomic spectroscopy
标量暗物质可以与标准模型（SM）粒子相互作用，在此过程中改变自然界的基本常数。在大爆炸核合成（BBN）期间和之前的基本常数的变化产生了轻元素原始丰度的变化。通过比较测量和计算（SM内）原始丰度的$^{4}$他，这主要是由中子-质子质量差的比例冻结温度在弱相互作用冻结之前BBN的时间，我们能够推导出严格的约束质量的标量暗物质粒子$ϕ$连同其与光子的相互作用，在$ϕ$中通过二次耦合的轻夸克和大质量矢量玻色子，以及在$ϕ$中通过线性耦合的它与大质量矢量玻色子的相互作用。我们还从最近的原子镝光谱测量中推导出$ϕ$与光子的二次相互作用的严格约束。
2015-04-12 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Dark Matter Freeze-in Production in Fast-Expanding Universes
如果暗物质是在大爆炸核合成之前的早期宇宙中产生的，那么修改后的宇宙历史可以极大地影响残余暗物质粒子的丰度。在这里，我们假设一个额外的物种辐射在早期占主导地位，导致在一个给定的温度下的膨胀率大于在标准的辐射主导的情况下。我们证明，如果是这种情况下，暗物质生产通过冻结（一种情况下，当暗物质相互作用非常弱，并倾倒在早期宇宙的平衡衰变或散射过程中涉及粒子在热浴）是显着抑制。我们说明和定量和分析研究这一现象的三个不同的范式类冻结的情况。为了使冻结的暗物质丰度与观测结果一样大，暗物质和可见扇区粒子之间的耦合必须增强几个数量级。这为探测冻结产生的暗物质的实验和观测前景带来了一些乐观的前景。
2018-02-22 astro-ph.CO hep-ph
Big Bang nucleosynthesis in a weakly non-ideal plasma
我们提出了一个标准的大爆炸核合成（BBN）的情况下，解决原始锂的问题，考虑的可能性，原始等离子体可以偏离理想状态的修正。在标准BBN中，原始等离子体被假设为理想的，粒子和光子分别满足麦克斯韦-玻尔兹曼和普朗克分布。我们认为，这种原始等离子体是理想的假设可能会过度简化早期宇宙，并导致锂问题。我们发现，当原始等离子体的粒子分布仍然服从Maxwell-Boltzmann分布时，光子分布偏离Planck分布，利用Tsallis统计量参数化，可以解决原始锂问题.我们讨论了原始等离子体如何以这种特定的方式弱非理想及其对宇宙演化的影响。
2021-04-26 astro-ph.CO
Dark matter from hot big bang black holes
本研究提出早期宇宙热等离子体中粒子碰撞形成的微观黑洞蒸发后可留下稳定暗物质残余，在高再加热温度和半经典黑洞动力学假设下解释观测到的暗物质丰度，且无需非引力暗物质-标准模型相互作用。
2023-10-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Viability of Big Bang Nucleosynthesis in $f(R,L_m)$ Gravity
Dibrugarh University（迪布鲁加尔大学）；Silapathar College（西拉帕塔尔学院）
该研究分析f(R,L_m)引力下BBN约束的可行性，推导四种模型参数的严格约束，发现f(R,L_m)引力可适配原初元素丰度且不破坏早期宇宙动力学。
2026-09-02 astro-ph.CO
Big-Bang Nucleosynthesis verifies classical Maxwell-Boltzmann distribution
我们提供了迄今为止最严格的约束可能偏离通常假设的麦克斯韦-玻尔兹曼（MB）的速度分布的大爆炸等离子体中的原子核。研究了非广延Tsallis统计量对大爆炸核合成（BBN）标准模型中热核反应速率的影响。我们发现，非广延参数$q$可能偏离，最多，$|δq|$ =6 $\times$ 10 $^{-4}$从统一的BBN预测是一致的，与观察到的原始丰度; $q$ =1代表经典的玻尔兹曼-吉布斯统计。这种约束主要来自吸热速率对$q$值的{ \em super}敏感性，这是第一次发现。因此，应探讨其他天体物理环境中非广泛统计的影响。这可能为重元素的核合成提供新的见解。
2014-08-15 astro-ph.CO astro-ph.SR nucl-th
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
Effects of pair freeze-out on photon distributions in BBN epoch
Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST)（蔚山科学技术院）；Soongsil University（崇实大学）；Incheon National University（仁川国立大学）；Hongik University（弘益大学）；Ewha Womans University（梨花女子大学）；Kyungpook National University（庆北国立大学）；Korea Astronomy and Space Science Institute（韩国天文学与空间科学研究所）
研究BBN时期光子分布非广延性演化，探讨成对碰撞对高频率光子数量的影响及原初等离子体非平衡态的可能形成。
2026-04-07 astro-ph.CO
Lyman-$α$ constraints on freeze-in and superWIMPs
众所周知，来自冻结或超级WIMP生产的暗物质（DM）会在宇宙学观测值上留下非冷DM签名。我们从莱曼- $α$森林观测这两种情况下，重新解释现有的莱曼- $α$热暖DM限制的基础上，我们自己的约束。我们排除DM质量低于15千电子伏的冻结，在良好的协议与以前的文献，并提供了一个通用的较低的质量约束superWIMP，取决于母粒子衰变宽度。特别强调的是放在混合的情况下，从冻结和superWIMP的贡献同样重要。在这种情况下，宇宙学观测量上的印记可以显著偏离热暖DM。此外，我们提供了一个修改后的版本的玻尔兹曼代码类，DM分布的解析表达式，并适合DM的传递函数，占两种机制的生产。此外，我们还从$ΔN_\mathrm{eff}$测量中得到通用的约束，并表明它们不能与Lyman- $α$观测中产生的约束竞争。为了说明，我们将上述通用限制应用于彩色$t$通道介质DM模型，在这种情况下，通过散射和衰变以及superWIMP产生的冻结贡献可能是重要的。我们绘制出整个宇宙学上可行的参数空间，由莱曼- $α$观测，大型强子对撞机和大爆炸核合成的边界所限定。
2022-03-23 astro-ph.CO hep-ph
Electron-Positron Annihilation Freeze-Out in the Early Universe
电子正电子湮没主要发生在中微子脱离热平衡后的局部热化学平衡和大爆炸核合成（BBN）时期。这个过程的影响是显而易见的BBN产量以及相对论自由度。我们自洽地计算碰撞积分的电子-正电子的创建和湮灭使用的Klein-Nishina振幅和适当的统计因子费米阻塞和玻色增强。我们的计算表明，当光子-电子-正电子-重子等离子体的温度约为16 keV时，这种湮灭就会冻结，之后它的速率就会下降到哈勃速率以下。在16 keV附近的温度制度，我们打破了电子，正电子和光子之间的化学平衡的假设，独立计算的电子和正电子的化学势的演变，同时计算在每个时间步的相关碰撞积分。我们发现电子和正电子的化学势偏离了化学平衡的情况。虽然我们的研究结果不影响解释精确的宇宙学测量在阐明标准宇宙模型，这些平衡效应可能是重要的测试物理超越标准模型。
2019-10-30 astro-ph.CO hep-ph
Multipolar Dark Matter Freeze-out in an Early Matter-Dominated Universe
Indian Institute of Science（印度科学研究所）；Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）
研究早期物质主导宇宙中费米子暗物质通过高维电磁算符与标准模型相互作用的冻结，考虑多种相互作用并计算耦合，对比参数空间与标准场景及当前约束，发现熵稀释使可行参数空间变化，凸显早期宇宙学历史对暗物质现象学和实验可行性的影响。
2026-07-10 astro-ph.CO hep-ph
Big Bang Nucleosynthesis constraints on Barrow entropy
我们使用大爆炸核合成（BBN）的数据，以施加约束的巴罗熵的指数。后者是一种扩展的熵关系，它是由量子引力对黑洞结构的影响所引起的，并由新的参数$Δ$有效地参数化。当考虑在宇宙学框架下，并根据引力热力学猜想，巴罗熵导致修改宇宙学的情况下，弗里德曼方程包含额外的条款。我们对BBN时代进行了详细的分析，并计算了冻结温度与标准宇宙学结果的偏差。我们使用观测确定的$ |\frac{δ{T}_f}{{T}_f}|$上界，以提取上界的$Δ$。我们发现，Barrow指数应该在$Δ\lesssim 1.4\times 10^{-4}$的范围内，以便不破坏BBN时期，这表明标准的Bekenstein-Hawking表达式的变形应该很小。
2020-10-02 astro-ph.CO gr-qc hep-th
The surprising influence of late charged current weak interactions on Big Bang Nucleosynthesis
早期宇宙中的弱相互作用带电电流过程（$ν_e+n\leftrightarrow p+e^-$，$\barν_e +p\leftrightarrow n+e^+$，$n\leftrightarrow p+e^-+\barν_e$）使中子和质子相互转换，对大爆炸核合成（BBN）轻元素丰度产额有重要影响，特别是对$^{4}{\rm He}$的影响。我们证明，这些过程的影响仍然是显着的，即使当他们运行远低于温度$T\sim0.7\,{\rm MeV}$通常调用“弱冻结”，实际上几乎到α粒子形成时代（$T \approx 0.1\,{\rm MeV}$）。这种物理现象在常用的BBN代码中被正确地捕捉到，尽管这种后期，低温持续的同位旋变化弱过程的影响，以及相关速率对轻子能量分布函数和阻塞因子的敏感性并没有得到广泛的重视。我们通过分析弱相互作用速率对中子寿命、轻子能量分布函数、熵、质子-中子质量差和哈勃膨胀率的依赖性来量化这种后期影响。我们在这里指出的效应使BBN成为任何超越标准模型的物理学的敏锐探测器，这些物理学改变了轻子数/能量分布，甚至微妙地改变了早期宇宙一直到$T=100\,{\rm keV}$附近的时代。
2016-07-10 astro-ph.CO hep-ph
Modified big bang nucleosynthesis with non-standard neutron sources
在大爆炸核合成过程中，在形成$^7$ Be的时间附近，即在$T \simeq 50$ ~keV的温度下，任何额外中子的注入都可以减少预测的$^7$ Be + $^7$ Li的冻结量，否则它与从Pop II恒星的观测中推断出的Spite平台值存在尖锐矛盾。然而，对原始D/H确定的信心不断增加，对任何这种情况都提出了强有力的约束。我们详细地解决这个问题，分析不同的时间模式的中子注入，如衰变，湮灭，共振湮灭，和镜像和标准模型世界中子之间的振荡。对于后者的情况下，我们推导出现实的注入模式，考虑到原始等离子体中的热效应（阻尼和折射）。如果额外的中子供应是BBN期间唯一的非标准机制，那么锂丰度低于Li/H~ $\leq 1.9 \times 10^{-10}$的抑制总是导致氘D/H~ $\geq 3.6 \times 10^{-5}$的过量产生，远远超出最近观测所建议的误差线。
2014-05-07 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
New models and Big Bang Nucleosynthesis constraints in $f(Q)$ gravity
修正引力的$f(Q)$理论起源于对非度规性作为基本几何量的考虑，并已被证明在描述晚期宇宙方面是非常有效的。我们使用大爆炸核合成（BBN）的形式主义和观察，以提取各种类别的f（Q）模型的约束。特别地，我们计算了f（Q）项相对于标准$ΛCDM$演化的冻结温度的偏差，然后我们对$ |\frac{δ{T}_f}{{T}_f}|$施加观测界以提取对所考虑模型的参数的约束.对于多项式模型，我们证明了指数参数应该是负的，而对于幂指数模型和新的双曲正切幂模型，我们发现它们平凡地通过了BBN约束。最后，我们研究了两个类似DGP的$f(Q)$模型，并提取了它们的模型参数的界。由于许多引力修正虽然能够描述宇宙的晚期演化，但在早期产生了太多的修正，从而无法通过BBN对抗，因此$f(Q)$引力可以安全地通过BBN约束的事实是这种修正引力类的一个重要优势。
2022-05-23 astro-ph.CO gr-qc
BBN constraints on universally-coupled ultralight scalar dark matter
超轻标量暗物质可以通过一种普适耦合与所有大质量标准模型粒子相互作用。这种耦合改变了标准模型的粒子质量，并影响了大爆炸核合成的动力学。我们建立了暗物质的宇宙学演化模型，考虑到环境对标量质量的修改以及大爆炸核合成的完整动力学。我们发现，精确测量的氦-4丰度设置严格的限制，可用的参数空间，这些限制强烈影响的暗物质的环境质量和中子冻结的动力学。此外，我们在爱因斯坦和约旦框架中进行分析，后者允许我们将模型实现为数值大爆炸核合成代码并分析额外的光元素。数值分析表明，来自氦-4的约束优于氘，并且对锂的影响不足以解决锂问题。与其他几个探测器相比，我们发现大爆炸核合成对大多数参数空间设置了最强的约束。
2020-12-14 astro-ph.CO hep-ph
Big Bang Nucleosynthesis constraints on $f(T,T_G)$ gravity
我们面对的是$f(T,T_G)$引力，以及大爆炸核合成（BBN）的要求。前者是使用扭转标量，以及远程平行等效的高斯-邦纳项，在拉格朗日，导致修改后的弗里德曼方程，其中额外的扭转项构成一个有效的暗能量部门。我们计算了冻结温度$T_f$的偏差，与$Λ$ CDM范式相比，由额外的扭转项引起的。然后，我们施加五个特定的$f(T,T_G)$模型，我们提取的约束条件的模型参数，以便比率$|ΔT_f/ T_f|$，以满足观测的BBN界。正如我们所发现的，在大多数模型中，所涉及的参数如预期的那样被限制在它们的广义相对论值周围的窄窗口中，如在幂律模型中，指数$n$需要为$n\lesssim 0.5$。然而，对数模型可以很容易地满足BBN约束的模型参数的大区域。在今后的建模中应考虑这一特点。
2022-09-04 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Big Bang Nucleosynthesis constraints on higher-order modified gravities
我们使用大爆炸核合成（BBN）数据，以便对高阶修正引力施加约束，特别是：（i）分别通过使用二次曲率Gauss-Bonnet $G$项和二次曲率组合而产生的$f(G)$ Gauss-Bonnet引力和$f(P)$立方引力，（ii）耦合到介子场的弦激发的二次Gauss-Bonnet引力，（iii）具有弦启发的四次曲率修正的模型，以及（iv）运行真空模型。我们进行了详细的调查的BBN时代，我们计算的偏差相比，$Λ$ CDM范例的冻结温度$T_f$。然后，我们使用$ \left|\frac{δ{T}_f}{{T}_f}\right|$上的观测界，以提取各种模型的相关参数的约束。我们发现，所有的模型都可以满足BBN约束，因此它们构成可行的宇宙学场景，因为它们可以另外占暗能量部门和后期的时间加速，在定量的方式，而不会破坏在BBN时代的轻元素的形成。然而，所获得的相关模型参数的约束是相当强的。
2022-03-24 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Inelastic Freeze-in
本文研究具有微小质量劈裂的赝狄拉克暗物质通过暗光子冻结产生的宇宙学特征，重点分析激发态三体衰变注入高能电子对大爆炸核合成、CMB和莱曼-α森林的影响，并指出宇宙学与加速器探测的互补性。
2023-04-12 astro-ph.CO hep-ph
Improved Big Bang Nucleosynthesis constraints on decaying massive relics
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma & Sezione INFN Roma1（罗马第一大学物理系与INFN罗马一分部）；Service de Physique Théorique, Université Libre de Bruxelles（布鲁塞尔自由大学理论物理服务处）；CP3-Origins, University of Southern Denmark（南丹麦大学CP3起源中心）
通过改进的大爆炸核合成分析，更新了长寿命重质量BSM遗迹衰变到标准模型粒子的约束，包括两体衰变通道、核子转化、光致和强子光致离解，并利用PYTHIA 8计算注入谱，给出寿命、质量和丰度的排除轮廓。
2026-05-26 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological singularities in Born-Infeld determinantal gravity
玻恩-因菲尔德行列式引力最近被提出作为一种平滑大爆炸奇点的方法。这一理论是制定上的Weitzenbock时空和teleparel表示使用，而不是标准的黎曼表示。我们发现，虽然该理论在参数空间的某些区域是无奇性的，在这些区域中，哈勃速率在高能区的发散被Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker宇宙中的de-Sitter阶段或反弹所取代，但在该理论的位形空间的其他区域中，宇宙学奇异性（如大撕裂、大爆炸、大冻结和突然奇异性）可以出现.我们还表明，所有这些奇异事件存在，即使宇宙充满了一个完美的流体与恒定的状态方程。
2014-11-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Limits on Brane-World and Particle Dark Radiation from Big Bang Nucleosynthesis and the CMB
暗辐射这个术语既用来描述没有相互作用的中微子，也用来修正最简单的五维RS-II膜世界宇宙学中的弗里德曼方程。本文根据轻元素核反应率、观测到的轻元素丰度和宇宙微波背景（CMB）功率谱的最新结果，考虑了暗辐射两种含义的限制。在大爆炸核合成（BBN）过程中加入暗辐射改变了弗里德曼膨胀率，导致核反应在不同的温度下冻结。这改变了BBN末端的最终轻元素丰度。它对CMB的影响是改变末次散射表面的有效膨胀率。我们发现，BBN约束减少了允许的范围为两种类型的暗辐射在10兆电子伏之间的$-12.1\%$和$+6.2\%$的{ \bf总}背景能量密度在10兆电子伏。将这个结果与CMB功率谱的拟合相结合，产生了粒子与膜世界暗辐射的不同结果。在膜世界中，范围从$-6.0\%$减小到$+6.2\%$。因此，我们发现，暗辐射的背景总相对论质量能量密度$ρ_{\rm DR}/ρ$的比例是一致的，虽然仍然有一个非常轻微的偏好为正（而不是负）的贡献。
2017-06-08 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino energy transport in weak decoupling and big bang nucleosynthesis
我们通过同时耦合一个完整的强、电磁和弱核反应网络和一个多能群Boltzmann中微子能量输运方案，计算了早期宇宙在弱退耦、弱冻结和大爆炸核合成（BBN）时期的演化.我们的代码的模块化结构提供了解剖的能力，负责演变的动力学的早期宇宙在中微子味振荡的情况下，每个过程的相对贡献。这种方法允许详细说明$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
Big Bang Nucleosynthesis constraints on $f(T,L_m)$ gravity
Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa（里斯本大学理学院）；Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço（空间科学与天体物理研究所）
本文基于大爆炸核合成研究$f(T,L_m)$引力中自由参数的约束，结合核合成条件和观测到的氘和氦-4丰度，探讨了引力修正对早期宇宙的影响。
2026-06-26 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Velocity-dependent self-interacting dark matter from thermal freeze-out and tests in direct detections
在文献中，一小部分的毫荷电暗物质（DM）被认为是对宇宙黎明时21厘米吸收增强的解释。在这里，我们专注于DM的主要组成部分是自相互作用的暗物质（SIDM）的情况下，由小尺度问题的动机。对于SIDM的自相互作用是兼容的从矮到集群规模，速度依赖的自相互作用介导的轻标量$ϕ$被认为是。对于费米子SIDM $Ψ$，主湮没模$Ψ\barΨ \to ϕϕ$是一个$p -$波过程.早期宇宙中SIDM $\rightleftarrows ϕ\rightleftarrows$标准模型（SM）粒子的热跃迁为$ϕ$与SM粒子的耦合设置了一个下限，这一下限已被DM直接探测所排除，在这里我们考虑SIDM通过毫荷电DM处于热平衡。对于$m_ϕ>$ 2毫荷电DM质量，$ϕ$可以快速衰变，避免多余的能量注入到大爆炸核合成中。因此，$ϕ-$ SM粒子耦合可能非常微小，并逃避DM直接检测。弱相互作用大质量粒子（WIMP）与原子核接触散射的图象不能用于SIDM与光介质的散射，本文探索了一种将WIMP搜索结果转化为直接探测SIDM的方法.
2020-01-16 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Constraints on Ultralight Scalar Dark Matter with Quadratic Couplings
超轻暗物质是一个引人注目的暗物质候选者。在这项工作中，我们研究了二次耦合超轻暗物质对大爆炸核合成预测的影响。超轻暗物质的存在可以修改大爆炸核合成过程中基本常数的有效值，修改原始元素（如氦-4）的预测丰度。我们从两个方面改进了现有的文献：首先，我们考虑了超轻暗物质由于与标准模型浴的二次相互作用而获得的热质量，它影响了暗物质的宇宙学演化。其次，我们处理弱冻结使用完整的动力学方程，而不是使用一个瞬时近似。这两项改进都被证明会影响氦-4在以前工作中普遍耦合的暗物质背景下的预测。我们将这些经验推广到更一般的耦合。我们表明，这些修改，大爆炸核合成提供了强大的约束超轻暗物质与二次耦合的标准模型的大范围的质量相比，这个模型的其他探针，如等效原理测试，原子和核时钟，以及天体物理和其他宇宙学探测。
2023-03-28 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter and Gravity Waves from a Dark Big Bang
本研究提出“暗黑大爆炸”场景，即暗物质可通过暗领域一阶相变在原初核合成前后形成，符合宇宙学限制，且能产生可被脉冲星计时阵列探测的引力波，为暗物质研究提供新方向。
2023-02-22 astro-ph.CO
Updated BBN constraints on electromagnetic decays of MeV-scale particles
在这项工作中，我们修改和更新模型独立的约束，从大爆炸核合成的兆电子伏级粒子$ϕ$衰减成光子和/或电子-正电子对。我们使用最新的原始丰度测定，并通过包括所有自旋统计因子以及逆衰变来扩展arXiv：1808.09324中的分析，从而显着加强了所得的边界，特别是对于小质量。对于$ϕ$的初始丰度非常受抑制的情况，这些效应变得更加重要，并且我们发现，即使是纯的“冻结”丰度也可以被显著地限制。与本文并行，我们发布了公共代码ACROPOLIS，该代码数值求解了评估光致衰变对最终轻元素丰度的影响所需的反应网络。作为一个有趣的应用，我们重新评估了由于铍的光分解而导致的锂问题的可能解决方案，并发现例如通过冷冻产生的ALP可以导致可行的解决方案。
2021-05-18 astro-ph.CO hep-ph
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
Sterile Neutrino Dark Matter with Supersymmetry
无菌中微子暗物质是WIMP范式的一种流行替代方案，通常在非超对称装置中进行研究。如果基础理论是超对称的，我们发现几个有趣的和新颖的暗物质功能可以出现。特别是，在冻结产生无菌中微子暗物质的情况下，它的超伙伴，无菌中微子，可以在早期宇宙学中扮演至关重要的角色，作为冷，热或热暗物质的主要来源，或者是次主导的相对论性无菌中微子群体，可以在大爆炸核合成过程中贡献相对论性自由度的有效数量Neff。
2016-11-04 astro-ph.CO hep-ph
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
Revisiting sterile neutrino dark matter in gauged $U(1)_{B-L}$ model
在规范$U(1)_{B-L}$模型中重新研究了无菌中微子暗物质。通过对无菌中微子$N$和超中性规范玻色子$Z'$数密度演化的追踪和仔细评估，改进了已有的方法。结果表明，冻结无菌中微子的$U(1)_{B-L}$的宇宙学意义上的规范耦合比文献中报道的值要小。这就避免了$Z'$的过量产生，从而与大爆炸核合成和宇宙微波背景对中微子有效数量的限制相一致。类似地，自由流长度约束排除了在以前的研究中得到的大的参数空间。除了已知的冻结对生产的$N$从标准模型费米子对，我们发现的情况下，$N$是占主导地位的$Z'$对产生的温度下，其特征在于由$B-L$打破标量质量。因此，在文献中对$U(1)_{B-L}$标量贡献的朴素截断是无效的。
2022-11-16 astro-ph.CO hep-ph
The Neutron Mean Life and Big Bang Nucleosynthesis
我们探讨了中子寿命及其不确定性对标准大爆炸核合成（BBN）的影响。BBN描述了轻核素$^1{\rm H}$、${\rm D}$、$^3{\rm H}$ + $^3{\rm He}$、$^4{\rm He}$和$^7{\rm Li}$ + $^7{\rm Be}$在宇宙时间的最初几分钟内的宇宙产生。中子平均寿命$τ_n$在现代BBN计算中有两个作用：（1）规范化弱$n \leftrightarrow p$互变的矩阵元，（2）设定弱相互作用冻结后的自由中子衰变速率。我们回顾了$τ_n$测量和BBN之间的相互作用的历史，并提出了轻元素丰度的灵敏度现代中子寿命测量的研究。我们发现，$τ_n$的不确定性占主导地位的预测$^4{\rm He}$误差预算，但这些理论误差仍然小于$^4{\rm He}$观测的不确定性，即使在最近的中子寿命测量的分散。对于其他轻元素的预测，$τ_n$的贡献可以忽略不计，他们的错误预算。把这个问题，我们结合目前的BBN和宇宙微波背景（CMB）测定的宇宙重子密度$\textit{predict}$的“宇宙学首选”的平均寿命的$τ_{n}({\rm BBN+CMB}) = 870 \pm 16 \ \rm sec$，这是符合实验的平均寿命测定。我们继续表明，如果未来的天文和宇宙学氦观测可以达到$^4{\rm He}$质量分数$Y_p$的$σ_{\rm obs}(Y_p) …
2023-03-07 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
Cosmological imprints of non-thermalized dark matter
非热化的暗物质是广泛研究的弱相互作用大质量粒子的宇宙学可行的替代品。我们研究了由冻结和superWIMP产生以及两者结合所引起的暗物质相空间分布的演化。利用我们在CLASS中的实现，我们研究了由Lyman- $α$森林观测约束的物质功率谱上的宇宙学印记。对于一个显式的彩色$t$通道介质模型的例子，我们探讨了宇宙学允许的参数空间，突出莱曼- $α$约束与大爆炸核合成和大型强子对撞机的相互作用。
2021-12-16 astro-ph.CO hep-ph
Dark matter and the early Universe
大爆炸核合成（BBN）是最早的现象之一，可以导致早期宇宙性质的观测约束。众所周知，在BBN之前，发生了许多重要的机制和相变。我们讨论了通过宇宙学、天体粒子物理学和对撞机对暗物质的研究来深入了解原始宇宙的可能性。为了这个目的，我们假设暗物质是一个热遗迹，并表明，结合对撞机搜索与暗物质可观的可以导致强有力的限制冻结期前BBN。
2018-11-30 astro-ph.CO hep-ph
Constraining Early Dark Energy cosmological models with Big Bang Nucleosynthesis
Astronomical Institute of Romanian Academy, Cluj-Napoca Branch（罗马尼亚科学院天体物理研究所）；Babeş-Bolyai University（博拜-鲍约什大学）；Technical University of Cluj-Napoca（克卢日-纳波卡理工大学）
通过嵌套采样算法模拟大爆炸核合成，约束早期暗能量模型参数，发现线性或多项式状态方程暗能量密度上限分别为10^{-13}和10^{-5} MeV^4，而温度相关状态方程在耦合参数≤10^{-2}时与原始丰度一致。
2026-06-04 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Constraining Non-thermal and Thermal properties of Dark Matter
我们描述了暗物质（DM）丰度的演变，从它的创建从暴胀子衰变的假设下的瞬时再加热的开始。基于初始条件，如暴胀子质量和它的衰变分支比DM，再加热温度，DM质量和与热浴的相互作用速率，DM粒子可以热化（完全/部分）与原始浴或保持非热在其整个演化历史。在热的情况下，最终的丰度是由大湮灭率的标准冻结机制，而不管初始条件。对于较小的湮灭率，它可以通过冻结机制来设置，也与初始丰度无关，只要它开始时很小。对于更小的相互作用率，DM是非热的，而遗迹丰度将基本上由初始条件。通过精确求解相应的Boltzmann方程，对DM质量和湮没率进行了与模型无关的约束，并确定了允许参数空间的热冻结区、冻结区和非热区.我们强调了一个普遍的事实，即暴胀子衰变DM不可避免地导致了一个大范围的DM参数空间的宇宙的overclosure，从而构成了一个严格的约束，必须考虑到，而构建模型的DM。对于热DM区，我们还展示了间接DM搜索实验、大爆炸核合成、宇宙微波背景、普朗克测量以及由于S-矩阵的么正性而引起的理论限制的互补约束。对于非热DM的情况下，我们显示了允许的参数空间的暴胀和DM质量为一个给定的再加热温度，并计算共动自由流长度，以确定热，温暖和冷DM制度。
2014-05-09 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter from Evaporating Primordial Black Holes in the Early Universe
本文研究早期宇宙中占主导的原初黑洞在核合成前蒸发产生暗物质的冻结机制，考虑两种形成机制下的连续质量谱，并给出该场景解释极早期暗物质产生的条件。
2024-06-10 astro-ph.CO hep-ph
Self-interacting dark matter with a stable vector mediator
光矢量介质可以自然地诱导速度依赖的暗物质自相互作用，同时通过热冻结允许正确的暗物质遗迹丰度。然而，如果这些介质随后衰变成标准模型状态，如电子或光子，这将被宇宙微波背景的约束所有力地排除。我们研究在何种程度上可以规避这一结论，如果矢量介质是稳定的，因此有助于暗物质密度，而湮灭成较轻的自由度。我们发现可行的部分参数空间，导致所需的自相互作用截面的暗物质，以解决小规模的问题，碰撞冷暗物质的范例，同时与边界兼容的宇宙微波背景和大爆炸核合成观测。
2018-09-24 astro-ph.CO hep-ph
Dark matter asymmetry in supersymmetric Dirac leptogenesis
我们讨论了在超对称狄拉克稀薄创生方案中的非对称或对称暗物质候选者。通过引入一个与右手中微子耦合的单重态超场，可以避免暗物质的过剩问题，并产生各种可能的暗物质候选者。如果单线态是最轻的超对称粒子（LSP），那么它就自然成为非对称的暗物质。另一方面，右手中微子是对称的暗物质候选者，其残余密度可以通过通常的热冻结过程来确定。传统的中性伴子或引力伴子LSP也可以是一个暗物质候选者，因为它从右手中微子的非热产生可以被适当地控制。在我们的方案中，重超对称粒子的晚期衰变主要产生右手中微子和中微子，这对大爆炸核合成的标准预言是无害的。
2012-11-23 astro-ph.CO hep-ph
Lepton Collider as a Window to Reheating via Freezing Out Dark Matter Detection
研究亲轻子算符介导的暗物质在再加热时期冻结的场景，分析未来轻子对撞机单Higgs加缺失能量通道，结合 relic density 约束间接揭示宇宙热历史。
2025-09-17 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Imprints of Frozen-In Light Sterile Neutrinos
我们研究了通过冻结机制产生的无菌中微子暗物质的可观测宇宙学方面。该研究是在一个框架中进行的，该框架承认许多宇宙学上有趣的变化：通过来自更高维度算子的湮灭过程产生的高温产物或来自标量衰变的低温产物，其中衰变的标量与热浴处于或不处于平衡，在超对称或非超对称设置中，从而使我们能够提取通用属性并突出特定变化所特有的特征。我们发现，虽然这样的不育中微子一般是兼容的所有宇宙学约束，有趣的情况下，可能会出现暗物质是冷，暖，或热，有非平凡的动量分布，或提供贡献的相对论自由度的有效数量Neff大到足以探测大爆炸核合成未来的测量。
2017-06-13 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Constraints on Decoupled Dark Photons and Dark Higgs
任何中性玻色子，如暗光子或暗希格斯玻色子，都可以与它的标准模型对应物混合。当与标准模型非常弱地混合时，这些粒子在早期宇宙中通过冻结机制产生，随后衰变回标准模型粒子。在这项工作中，我们将限制这样的介质衰变考虑大爆炸核合成和宇宙微波背景辐射的界限。我们发现核合成和CMB都可以约束暗光子，对于1 MeV到100 GeV的质量，动力学混合参数在log ε ~ -10到-17之间。类似地，暗希格斯粒子与标准模型希格斯粒子的混合角ε被限制在log ε ~ -6到-15之间。通过PIXIE等实验，可以显著改善CMB光谱失真的边界。
2016-05-23 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Bounds on Scotogenic Model with Asymmetric Mediator
Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University（京都大学汤川理论物理研究所）；Institute for Cosmic Ray Research (ICRR), The University of Tokyo（东京大学宇宙线研究所）；Faculty of Science and Engineering, Kyushu Sangyo University（九州产业大学理工学部）；Department of Physics, Faculty of Engineering Science, Yokohama National University（横滨国立大学工学部物理学科）；Department of Global Environment Studies, Hiroshima Institute of Technology（广岛工业大学全球环境研究科）
该研究通过宇宙学约束分析，探讨了不对称媒介scotogenic模型中暗物质和中微子质量起源的参数空间，发现媒介质量约为10 TeV量级为 favored 范围。
2025-12-16 astro-ph.CO hep-ph
