Reactor sterile neutrinos, dark energy and the age of the universe
有迹象表明，从反应堆实验和LSND和MiniBooNE实验的中微子振荡数据显示，两个不育中微子物种的偏好，都在eV区域的质量。我们表明，这一结果有一些重要的宇宙学参数的显着影响。具体地说，我们使用CMB，LSS和SN 1A数据的组合，并表明，存在两个轻，不育中微子将排除宇宙学常数为暗能量在95%的置信水平，并降低宇宙的膨胀年龄为12.58 \pm 0.26 Gyr。
2011-05-11 astro-ph.CO hep-ph
Thermalisation of light sterile neutrinos in the early universe
最近的宇宙学数据支持在三个活跃的中微子和光子之外的额外的相对论自由度，通常被称为“暗”辐射。轻无菌中微子是这种额外辐射的主要候选者之一。然而，基于当前宇宙学数据的无菌中微子的约束条件是使用关于大爆炸核合成（BBN）时期无菌中微子热化的简化假设推导出来的。这些假设不一定是合理的，在这里，我们解决了（1个活动+1不育）的情况下的完整的量子动力学方程，并推导出在BBN开始之前（T~ 1 MeV）零（L=0）和大（L=0.01）初始轻子不对称性和可能的质量混合参数范围内的热化物种的数量。我们发现，完整的热化假设在BBN时代是合理的初始小轻子不对称性。当初始轻子不对称性很大时，会发生部分或零热化。
2012-07-22 astro-ph.CO hep-ph
Thermalisation of sterile neutrinos in the early Universe in the 3+1 scheme with full mixing matrix
在一个3+1方案的框架下，考虑到全$4\times4$混合矩阵，我们考虑了早期宇宙中无菌中微子的热化。中微子能量分布的演变被发现解决动量依赖的动力学方程与完整的对角碰撞条款，在以前的分析味中微子去耦在标准的情况下。无菌状态的热化程度示出的中微子的有效数量，$N_{\rm eff}$，和它的依赖于三个额外的混合角（$θ_{14}$，$θ_{24}$，$θ_{34}$）和平方质量差$Δm^2_{41}$进行了讨论。我们的结果是相关的固定的第四轻中微子物种的宇宙学能量密度，其值是非常好的约束最终普朗克分析的贡献。对于短基线中微子实验的活性-无菌混合参数的优选区域，我们发现第四状态是完全热化的（$N_{\rm eff}\simeq 4$）。
2019-07-09 astro-ph.CO hep-ph
Effects of an Intermediate Mass Sterile Neutrino Population on the Early Universe
炽热而致密的早期宇宙与高精度宇宙学观测的前景相结合，为超越标准模型（BSM）物理提供了一个有趣的实验室。我们模拟了早期宇宙，研究了在弱退耦时，热填充的无菌中微子态衰变为标准模型产物的影响。这些衰变将大量的熵沉积到等离子体中，并产生大量的高能非平衡活性中微子。因此，我们可以通过它们的推断值$N_{\rm eff}$来约束这些模型，$N_{\rm eff}$是相对论自由度的有效数量。在这项工作中，我们探讨了各种模型与$N_{\rm eff}{}$值一致的CMB观测，但有很大不同的活动中微子光谱，这将挑战标准的宇宙学模型，影响轻子捕获率的自由核子，并可能显着影响大爆炸核合成（BBN）。
2021-09-23 astro-ph.CO hep-ph
Light sterile neutrino production in the early universe with dynamical neutrino asymmetries
近年来，人们提出了用轻的惰性中微子与活跃中微子混合来解决短基线振荡实验中观测到的各种异常现象。这些中微子也可以由早期宇宙中活跃中微子的振荡产生，在不同的宇宙学观测值上留下可能的痕迹。在这里，我们进行了更新的研究中微子动力学方程在（3+1）和（2+1）振荡计划，动态演变的原始不对称性的活动中微子，并考虑第一次CP破坏的影响。在没有中微子不对称性的情况下，eV质量尺度的无菌中微子将完全热化，从而与CMB，LSS和BBN数据产生紧张关系。在过去的文献中，主动中微子的不对称性被认为是通过抑制介质中的无菌-主动混合角来抑制无菌中微子产生的一种方法。然而，中微子的不对称性也允许共振的无菌中微子产生。我们发现，如果活性物种具有相等的不对称性L，则需要值|L| =10^{-3}来开始抑制共振无菌产生，大约比先前预期的大一个数量级。当活性物质具有相反的不对称性时，不育丰度进一步增强，需要甚至更大的|L| \simeq 10^{-2}来开始抑制它们的产生。在后一种情况下，违反CP（自然预期）进一步加剧了这一现象。宇宙学观测的一些后果进行了简要的讨论：例如，它是可能的，温和的supplement的不育物种生产与显着的光谱扭曲的活性中微子物种，特别是BBN的潜在有趣的现象学后果。
2012-09-24 astro-ph.CO hep-ph
Active-sterile neutrino oscillations in the early Universe with full collision terms
在早期宇宙中，惰性中微子通过与活性中微子的振荡在一定的混合参数下被热化。这个热化过程的最详细的计算涉及动量依赖的量子动力学方程的解决方案，跟踪中微子相空间分布的演变。到目前为止，量子动力学方程中的碰撞项一直是用平衡分布近似的，但这种近似从未被数值检验过。在这项工作中，我们重新使用完整的碰撞项的不育中微子热化计算，并与现有的各种近似文献中的结果进行比较。我们发现一个更好的协议比天真的预期，但也确定了一些问题，这些近似值，以前没有得到赞赏。这些包括中微子通过散射的非物理产生和通过散射重新分配动量的重要性，以及泡利阻塞的细节。最后，我们设计了一个新的近似方案，它改善了以前的计划的一些缺点。
2015-06-17 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino asymmetry generation in the early Universe (from active-sterile neutrino oscillations)
早期宇宙中由活跃-惰性中微子振荡产生的中微子不对称性具有不同的重要宇宙学效应。我们讨论了它的基本特征，并提出了最近的结果上的边界的混合角$\sin^2 2θ_0\leq 10^{-7}$的生成。
2001-05-15 hep-ph
Inert-Sterile Neutrino: Cold or Warm Dark Matter Candidate
在通常的粒子模型中，只有质量在千电子伏范围内并且是温暖的暗物质，无菌中微子才能解释宇宙的暗物质。严格的宇宙学和天体物理学界限，特别是X射线观测所施加的界限，适用于它们。我们指出，在一个特定的变化的惰性双重模型中，不育中微子可以解释宇宙中的暗物质，可能是冷或热的暗物质候选人，即使质量远远大于keV的范围。这些惰性-惰性中微子在早期宇宙中以非热的方式产生，它们是稳定的，与标准模型粒子的耦合非常小，这使得它们在直接或间接的暗物质搜索中很难被探测到。原则上，它们可以在对撞机中通过发现模型中的其他粒子来揭示。
2009-12-22 astro-ph.CO hep-ph
Axion-Assisted Production of Sterile Neutrino Dark Matter
惰性中微子可以在早期宇宙中通过与活性中微子的振荡产生，并且代表了我们宇宙暗物质的流行和充分研究的候选者。然而，X射线和伽马射线线搜索的严格限制排除了最简单的这种模型。在这封信中，我们提出了一个新的替代标准的情况下，不育和活跃的中微子之间的混合角是一个动力学量，通过与轻轴子类场的相互作用引起的。由于类轴子粒子的能量密度被哈勃膨胀稀释，混合的程度在后期降低，抑制了衰变率，并且容易减轻X射线或伽马射线约束的任何张力。我们提出了一个简单的模型，说明了这种情况下的现象，并描述了一个框架中，QCD轴子是负责在早期宇宙中的不育中微子的生产。
2016-10-12 astro-ph.CO hep-ph
Sterile Neutrino Dark Matter from Generalized $CPT$-Symmetric Early-Universe Cosmologies
我们将辐射主导的$CPT$对称宇宙中的引力粒子产生推广到非标准的，但也是$CPT$对称的早期宇宙宇宙学。我们计算了右手“不育”中微子成为宇宙学暗物质所需的质量。由于一般的无菌中微子与标准模型的活性中微子混合，我们使用最先进的工具来计算超重无菌中微子暗物质衰变的伽马射线和高能活性中微子的预期光谱。我们证明了在早期宇宙中，无菌中微子从未处于热平衡。我们表明，非常高的能量切伦科夫望远镜可能会检测到一个信号的无菌中微子寿命高达约10 $^{27}$ s，而在高能量中微子望远镜，如冰立方的信号可以检测到的寿命高达10 $^{30}$ s，提供了一个更好的机会，在一个广阔的景观可能的质量检测。
2021-06-16 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Constraints on massive sterile plus active neutrino species in non minimal cosmologies
宇宙学测量受到活动和无活动大质量中微子的能量密度的影响。我们在这里扩展到非最小宇宙学的当前宇宙学数据的最近分析。几种可能的情况下进行检查：一个恒定的w \neq -1暗能量状态方程，一个非平坦的宇宙，一个随时间变化的暗能量组件和耦合的暗物质暗能量宇宙或修改的重力的情况。当只考虑宇宙学数据时，在95%CL下允许有~0.5 eV无菌物质的（3+2）大质量中微子模型。该方案已被证明可以使反应器、LSND和MiniBooNE阳性信号与来自其他搜索的空结果相一致。大爆炸核合成边界可能会损害（3+2）模型的可行性，如果两个不育物种是完全热化状态去耦。
2011-12-20 astro-ph.CO hep-ph
Light Sterile Neutrinos in the Early Universe: Effects of Altered Dispersion Relations and a coupling to Axion-Like Dark Matter
该研究探讨了具有改变色散关系及与类轴子标量场耦合的轻惰性中微子对宇宙学的影响，发现两种效应可分别抑制惰性中微子并产生正确氦丰度，结合两者可开辟新的参数空间。
2023-11-14 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on massive sterile neutrino species from current and future cosmological data
惰性大质量中微子是基本粒子标准模型的自然延伸。额外的无菌质量态的能量密度影响宇宙学测量的方式与活跃中微子的方式类似。我们在这里进行的分析，目前的宇宙学数据，并推导出的活动和不育中微子状态的质量以及不育状态的数量上的界限。当只考虑宇宙学数据时，所谓的（3+2）模型中有三个亚eV的活动质量中微子和两个亚eV的大质量惰性中微子，这完全在95%的CL允许范围内。如果两个额外的无菌状态在去耦时具有热丰度，那么大爆炸核合成边界会损害（3+2）模型的可行性。从未来的宇宙学数据的活动和不育中微子参数的预测。对氚β衰变实验中的中微子质量和哈勃常数的独立测量可以揭示亚电子伏特的大质量无菌中微子的情况。
2011-12-20 astro-ph.CO hep-ph
Multi-momentum and multi-flavour active-sterile neutrino oscillations in the early universe: role of neutrino asymmetries and effects on nucleosynthesis
我们执行的味道演变在早期宇宙中的多味活性无菌中微子系统的参数的启发短基线中微子异常的研究。在中微子对称浴中，无菌状态的“热”粒子数会迅速增长，但在原始中微子不对称的情况下，会发生自抑制和共振无菌中微子产生，这取决于温度和选择的参数。为了表征这些影响，我们超越了通常的平均动量和单一的混合近似，并考虑多动量和多味处理的动力学方程。我们发现，在这种情况下获得的增强相对于平均动量近似是显着的，高达\sim 20%的自由度。这种详细的和计算上要求的处理进一步提高了显着抑制无菌中微子产生所需的不对称值，直到大的和优先的净不对称|L_ν|> O（10^{-2}）。然而，对于这种不对称性，活性-无菌风味转换发生得如此之晚，以至于在电子（反）中微子光谱中产生了显着的扭曲。越大|L_ν|这些扭曲的影响越大，占主导地位的宇宙学效应，显着增加原始核合成（BBN）中的4 He丰度。用中微子有效数和不对称性表示的原始产额的标准表达式也发生了很大变化。我们在数值上估计了一些有代表性的情况下，这种影响的大小和评论可能对即将到来的宇宙学测量的影响。
2013-04-15 astro-ph.CO hep-ph
Possible Hints of Sterile Neutrinos in Recent Measurements of the Hubble Parameter
局部宇宙观测发现哈勃常数$H_0$的值大于从宇宙微波背景和其他早期宇宙测量推断的值，假设已知的物理和$Λ$ CDM宇宙学模型。我们表明，在大爆炸核合成之前，由质量为$m_s=$ O（10）MeV的不稳定无菌中微子产生的活性中微子中的额外辐射可以缓解这种差异。假设无菌中微子主要与$ν_τ$和/或$ν_μ$中微子混合，那么无菌中微子的必要质量和耦合就在超级神冈以及即将到来的实验室实验（如NA 62和DUNE）的范围之内。
2021-06-09 astro-ph.CO hep-ph
Coherent Active-Sterile Neutrino Flavor Transformation in the Early Universe
我们解决了早期宇宙中由初始轻子数驱动的相干Mikheyev-Smirnov-Wolfenstein（MSW）共振活动中微子到无菌中微子的味转换问题。我们发现在这个过程中轻子数的不完全破坏和一个不育的中微子能量分布与一个独特的尖点和高能量的尾巴。这些特征意味着当存在静止质量约为1 eV的不育中微子时，非零轻子数的原始核合成范式发生了变化。这可以导致这些粒子的更好的轻元素探测（约束）。
2006-10-07 astro-ph hep-ph
Quantum breaks in a model for the evolution of neutrinos during their decoupling era in the big bang
一个活跃的双中微子态耦合到一个中间标量介子，然后耦合到一个双反中微子态，是催化从活跃中微子到无菌中微子转变的一个想法，在实现Dodelson-Widrow的提议中，产生无菌和有点大质量的中微子作为暗物质候选者。我们提出了一些力学，承诺使用相同的模型与相同的质量和耦合参数，以达到类似的结果，但数量级更快;或者，类似的结果，但大大减少了耦合常数开始。这样，模型就不会受到与实验室和天体物理数据一致性的限制。
2020-12-06 hep-ph
Lepton Number-Driven Sterile Neutrino Production in the Early Universe
我们研究了早期宇宙中中等增强的中微子散射诱导的暗物质候选无菌中微子的消相干产生。在一个显着的净轻子数的情况下，我们发现两个共振，有效的介质混合角是大的。我们计算轻子数耗尽驱动的这些共振的演化。我们描述了这种演变对轻子数，不育中微子静止质量，和积极的不育真空混合角的依赖。我们发现，这种共振演化可以产生一种能量峰尖锐的普通形式的残余不育中微子能谱。我们比较了我们的完整的量子动力学方程的治疗广泛使用的量子芝诺anananterior。
2008-07-18 astro-ph hep-ph
"Nucleosynthesis constraints on active-sterile neutrino conversions in the early universe with random magnetic field"
本文研究了在电弱相变产生的随机磁场作用下，早期宇宙热等离子体中的活性-惰性中微子转换。在随机场域内，由均匀恒定磁场产生的轻子反轻子等离子体的磁化不对称性与它们的小密度不对称性相比是巨大的，导致活性-无菌转换率的急剧变化。假设随机场为银河场提供了种子，我们就可以估计原始核合成的限制。要求额外的无菌\neu不进入核合成前的活性平衡，我们发现的振荡参数的限制是强于各向同性的情况下。
1994-02-21 hep-ph
Sterile neutrinos with eV masses in cosmology -- how disfavoured exactly?
我们研究宇宙学模型，包含与eV范围内的质量所建议的反应堆和短基线振荡数据的不育中微子。我们面对这些模型与精确的宇宙学数据（探测CMB去耦时代）和轻元素丰度（探测BBN时代）。在最小的LambdaCDM模型中，这样的无菌中微子被当前的数据强烈地排斥，因为它们贡献了太多的热暗物质。然而，如果宇宙学框架被扩展到包括额外的相对论自由度--除了三个标准中微子和假定的无菌中微子，那么热暗物质对无菌状态的约束就大大放松了。通过允许暗能量状态方程参数w<-1实现了进一步的改进。虽然BBN强烈反对超过假设的eV质量的无菌中微子的额外辐射，但这个约束可以通过小的nu_e简并来规避。任何包含eV质量的不育中微子的模型也意味着其他宇宙学参数的强烈修改。值得注意的是，推断出的冷暗物质密度相对于标准的Lambda CDM值可以上升20%到75%。
2011-09-28 astro-ph.CO hep-ph
Chaos, Determinacy and Fractals in Active-Sterile Neutrino Oscillations in the Early Universe
轻无菌中微子的可能性允许在早期宇宙中通过物质影响的中微子混合共振产生轻子数。对于给定的活动中微子态和惰性中微子态的混合，轻子数产生过程是混沌的，并且是强振荡的。我们通过量子速率方程研究了这一过程对初始条件的对初始条件的敏感性。我们证实了该解的混沌性，并发现由此产生的轻子数和不对称性的符号在质量、混合角和初始重子数的参数空间中产生分形。这对未来寻找无菌中微子有影响，在预测宇宙轻子数时，任意的高灵敏度都不能确定。
2008-07-02 astro-ph hep-ph
Search for GeV-scale sterile neutrinos responsible for active neutrino oscillations and baryon asymmetry of the Universe
粒子物理的标准模型不能解释宇宙的中微子振荡、暗物质和重子不对称性。所有这些问题都可以通过在模型中加入三个无菌中微子来解决。非常值得注意的是，如果无菌中微子质量远低于电弱标度，这种修改--中微子最小标准模型（nuMSM）--可以通过实验进行验证。我们讨论了一个新的实验上寻找GeV尺度的不育中微子，这在nuMSM的框架负责的物质-反物质不对称性的产生和活跃的中微子质量的衰变。如果轻于2 GeV，这些粒子可以在质子束流收集实验的靶中由高能质子产生的粲介子衰变中产生，随后衰变为轻SM粒子。为了充分探索nuMSM的这一部分，新实验需要至少10^{20}个入射质子在目标上获得的数据（未来在CERN SPS可以实现），以及由大量相同的单个模块构建的大体积探测器，总的无菌中微子衰变长度为几公里。初步可行性研究表明，该实验具有灵敏度，可能导致发现费米尺度以下的新粒子-中微子的右手伙伴-或排除质量低于2 GeV的跷跷板无菌中微子。
2013-01-23 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Blocking Active-Sterile Neutrino Oscillations in the Early Universe with a Majoron Field
我们提出了一种新的机制来阻断早期宇宙中的活跃-惰性中微子振荡。我们表明，一个典型的后果的轻子数是自发打破的理论是存在一个相干的宇宙学的Majoron场的强度成正比的轻子和重子数的宇宙。这个场与轻子相互作用，改变了与中微子振荡相关的势。如果轻子数对称性破缺的尺度是1 GeV的量级，那么一个Majoron场和轻子数不对称性的重子不对称性的量级就足够强，可以用大气中微子的质量间隙来阻挡活跃的-不育的中微子振荡，否则它将使不育的中微子在大爆炸核合成时期达到平衡。
2001-11-24 astro-ph hep-ph
The strongest bounds on active-sterile neutrino mixing after Planck data
在早期宇宙中，活跃中微子的振荡可以激发出轻的惰性中微子。它们的性质可以通过它们作为额外辐射的贡献来限制，这些额外辐射可以用中微子种类的有效数量N_ eff和今天的宇宙能量密度Ω_ν h ^2来参数化。这两个参数都已通过普朗克卫星实验测量到相当高的精度。我们用这个结果来更新（3+1）无菌中微子情形的参数空间的边界，其中活性-无菌中微子的质量平方分裂在（10^{-5}-10^2）eV ^2范围内。我们认为正常和倒置的质量排序的活跃和不育状态。第一次，我们考虑到两个非零的积极-无菌混合角的可能性。我们发现，边界是更严格的比在实验室实验中得到的。这导致了与轻无菌中微子的短基线暗示的强烈张力。为了消除这种分歧，需要修改标准宇宙学的假设，例如大的原始中微子不对称性。
2013-06-07 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on sterile neutrinos and the cosmological tensions
本文在哈勃张力和 $S_8$ 张力背景下研究惰性中微子质量约束，发现结合 $H_0$ 直接测量和 DES 弱透镜数据时，扩展模型可在 2$\sigma$ 水平推断非零惰性中微子质量，并缓解两类宇宙学张力。
2024-10-22 astro-ph.CO hep-ph
Measuring growth index in a universe with sterile neutrinos
广义相对论（GR）的一致性检验可以通过约束的增长指数$γ$使用红移空间失真（RSD）的测量结合其他观测。在以往的研究中，发现在2- 3 $σ$能级上$γ\approx 0.55$的GR期望值有偏差，本文重新考虑了在无中微子宇宙中对$γ$的测量。利用RSD测量结合宇宙微波背景数据（普朗克温度数据和WMAP 9年偏振数据）、重子声学振荡数据、哈勃常数直接测量、普朗克Sunyaev-Zeldovich星系团计数数据和星系切变数据，对不育中微子宇宙学模型进行了约束.我们得到了生长指标$γ=0.584^{+0.047}_{-0.048}$的约束结果，与GR期望值的一致性很好（一致性在0.6 $σ$水平上）。对于无菌中微子的参数，我们得到了$N_{\rm{eff}}=3.62^{+0.26}_{-0.42}$和$m_{ν,{\rm{sterile}}}^{\rm{eff}}=0.48^{+0.11}_{-0.14}$ eV。我们还考虑了BICEP 2数据，并使用张量模式对模型进行了分析。得到了类似的拟合结果，表明一旦宇宙中考虑了轻不育中微子，GR将与当前的观测结果很好地一致。
2014-10-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A ménage à trois of eV-scale sterile neutrinos, cosmology, and structure formation
我们表明，不育中微子质量约1 eV或更大，作为几个短基线振荡异常的动机，可以与宇宙学约束一致，如果他们是由轻玻色子介导的隐藏扇区力下充电。在这种情况下，无菌中微子经历了一个大的热势，抑制了早期宇宙中活跃和无菌中微子之间的混合，即使真空混合角很大。因此，宇宙中无菌中微子的丰度仍然非常小，它们对大爆炸核合成、宇宙微波背景和大尺度结构形成的影响可以忽略不计。可以想象，新的规范力也与暗物质耦合，可能会改善与冷暗物质相关的一些小尺度结构问题。
2014-06-13 astro-ph.CO hep-ph
Light Sterile Neutrino in the Minimal Extended Seesaw
受最近对无菌中微子的观察的启发，我们提出了一个最小的扩展，通过添加一个额外的单重费米子的典型的I型跷跷板。在右手中微子退耦后，无需人为地插入微小质量标度或对不育中微子进行汤川耦合，即可得到eV标度的质量本征态。特别地，活性物-无菌混合物被预测为0.1的量级。此外，我们给出了一个具体的味A_4模型，在该模型中实现了所需的最小扩展跷跷板结构。我们还评论的可行性，容纳千电子伏无菌中微子作为一个有吸引力的候选人温暖的暗物质。
2012-07-11 hep-ph
New Production Mechanism for keV Sterile Neutrino Dark Matter by Decays of Frozen-In Scalars
我们提出了一种新的keV无菌中微子暗物质产生机制。在我们的设置中，我们假设存在一个标量单线态粒子，它在早期宇宙中从未进入热平衡，因为它只通过一个非常小的希格斯门相互作用耦合到标准模型场。对于合适的耦合值，标量可以经历所谓的冻结过程，并以这种方式在早期宇宙中有效地产生。然后这些标量衰变成keV的无菌中微子，并产生正确的暗物质丰度。虽然类似的设置中的标量没有进入热平衡，然后冻结之前已经研究过，这里提出的机制是新的，并代表了一个通用的扩展已知的情况。我们进行了详细的数值计算DM生产使用一组耦合玻尔兹曼方程，我们说明了成功的区域中的参数空间。我们的生产机制甚至可以在完全不存在活性-无菌混合的模型中工作。
2013-06-17 astro-ph.CO hep-ph
How secret interactions can reconcile sterile neutrinos with cosmology
短基线中微子振荡实验已经显示出在eV质量范围内存在额外的无菌中微子的迹象。然而，这种中微子似乎与宇宙学不相容，因为它们对宇宙结构形成的影响太大。在这里，我们表明，在无菌中微子部门的新的相互作用，可以防止它们的生产在早期宇宙和调和短基线振荡实验与宇宙学。
2013-10-22 astro-ph.CO hep-ph
Revisiting cosmological bounds on sterile neutrinos
我们采用最先进的宇宙学观测，包括超新星调查和BAO信息提供的非共振产生的不育中微子物种的质量和混合角的约束，表明宇宙学可以有效地排除不育中微子衰变之间的BBN和今天。额外的重中微子物质的退耦可以改变宇宙在BBN和复合之间膨胀的时间依赖性，在极端情况下，会导致额外的物质主导时期;虽然这可能会天真地导致一个更年轻的宇宙，具有更大的哈勃参数，但它可以在以后通过来自无菌衰变的中微子形式的额外辐射来补偿。然而，复合时代的可观测量，包括宇宙微波背景（CMB），位移参数$R_{CMB}$和声音视界$r_s$从重子声学振荡（BAO）严重限制了这种情况。我们自洽地包括完整的时间演化的耦合无菌中微子和标准模型部门的MCMC，表明，如果衰变发生后BBN，无菌中微子基本上是由约束$\sin^2θ\lesssim 0.026 (m_s/\mathrm{eV})^{-2}$。
2015-02-19 astro-ph.CO hep-ph
Sterile Neutrino and Accelerating Universe
如果这三个中微子振荡的数据在不久的将来都得到证实，那么除了三个活跃的中微子之外，很可能还需要一个无菌中微子。这种无菌中微子nu_S非常轻，质量m_{nu_S}小于或等于1 eV，甚至在某些情况下m_{ν_S}约为10^{-3} eV。怎么会这么轻？另一方面，最近的宇宙学观测和分析似乎表明，目前的宇宙是平坦的，并且在加速运动，目前的能量密度主要由一种“暗变化”所支配，其rho_V约为（10^{-3}eV）^[4]。它是一个常数吗？这些看似无关的现象之间是否存在联系？
2000-10-12 astro-ph hep-ph
Sterile neutrino self-interactions: $H_0$ tension and short-baseline anomalies
质量在eV范围内的惰性中微子被认为是各种短基线（SBL）中微子振荡异常的可能解释。然而，如果考虑到活跃中微子和惰性中微子之间的中微子振荡，这种中微子在早期宇宙中会完全热化，因此会与宇宙学边界发生强烈冲突。在这项研究中，我们首先更新的宇宙学界限的质量和能量密度的eV尺度的不育中微子。然后，我们进行了更新的研究先前提出的模型中，不育中微子耦合到一个新的轻赝标自由度。与以前的分析相一致，我们发现，该模型提供了一个很好的适合所有的宇宙学数据，并允许高值的$H_0$在本地宇宙中测量到的宇宙微波背景的测量是一致的。然而，在这种情况下，新的高$\ell$极化数据将无菌中微子质量限制为小于约1 eV。最后，我们结合赝标量模型的宇宙学界限与SBL数据的贝叶斯推断分析，并得出结论，只有在1 eV左右的狭窄范围内的无菌质量仍然与宇宙学和SBL数据一致。
2020-12-09 astro-ph.CO hep-ph
The role of sterile neutrinos in cosmology and astrophysics
我们提出了一个全面的概述扩展的标准模型，其中包含三个右手（无菌）中微子的质量低于电弱标度[中微子最小标准模型，（nuMSM）]。我们考虑宇宙的历史，从暴胀时代到今天，并证明，大多数观察到的现象超出了标准模型可以在这个模型的框架内解释。我们回顾了宇宙的重子不对称性的机制在nuMSM和讨论的暗物质候选人，可以是温暖的或寒冷的，并满足所有现有的限制。从粒子物理学的观点，该模型提供了一个解释中微子味振荡。利用现有的实验技术可以验证nuMSM。
2009-07-22 astro-ph.CO hep-ph
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
Active-sterile neutrino oscillations in the early Universe and the atmospheric neutrino anomaly
宇宙学不能排除大气中微子数据的解nu_mu <->nu_s，因此只有地球实验才能给出明确的答案。当考虑到一代轻子数，并且假设无菌中微子也与eV-tau中微子轻微混合时，这个结论成立。这个结果不会被轻子域的混沌产生所破坏。
2000-02-02 astro-ph hep-ph
Sterile Neutrinos with Secret Interactions - Lasting Friendship with Cosmology
质量约为1 eV的惰性中微子与活性中微子的混合量级为10%，被认为是解决中微子振荡数据异常的一种方法，但受到宇宙学限制。最近的研究表明，如果无菌中微子耦合到一个新的兆电子伏尺度的规范玻色子A '，这些约束是可以避免的。然而，当中微子退耦后，A '介导的碰撞过程导致有效的活性中微子到无菌中微子的转换时，即使这种情况也受到结构形成约束的限制。鉴于此，我们重新评估在本文中的可行性与这种“秘密”的相互作用的不育中微子。我们仔细剖析了它们在早期宇宙中的演化，包括各种生产渠道和预期的修改大尺度结构形成。我们认为，在参数空间中有两个区域-一个在非常小的A'耦合，一个在相对较大的A'耦合-在大爆炸核合成（BBN），宇宙微波背景（CMB），和大尺度结构（LSS）的数据的所有约束都得到满足。有趣的是，如果A'玻色子也与宇宙中的暗物质耦合，那么大的A'耦合区域正是先前被证明对暗物质晕的小尺度结构具有潜在重要影响的区域。
2015-05-11 astro-ph.CO hep-ph
More Is Different: Reconciling eV Sterile Neutrinos with Cosmological Mass Bounds
一般认为，增加轻无菌物质会增加中微子的有效数量$N_{eff}$。在本文中，我们讨论的情况下，$N_{eff}$实际上可以减少由于中微子振荡效应，如果不育中微子有自相互作用。我们特别关注的eV质量范围，建议的中微子异常。在大的自相互作用下，由于有效混合角或物质效应的抑制，不育中微子在早期宇宙中没有完全热化。随着宇宙冷却，在大爆炸核合成（BBN）时期之后，活跃物种和不育物种之间可以达到风味平衡，但导致$N_{eff}$减少。在这样的情况下，我们还表明，与宇宙学的质量边界上的额外的不育中微子的冲突可以进一步放宽时，更多的轻物种被引入。
2015-09-24 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Cosmological Dependence of Sterile Neutrino Dark Matter With Self-Interacting Neutrinos
未被探索的中微子相互作用可能是理解暗物质（DM）本质的关键。特别是，具有新的自相互作用的活性中微子可以产生keV质量的无菌中微子，通过Dodelson-Widrow机制为大范围的活性无菌混合值占整个DM。这种产生通常发生在宇宙中一个未知时代的大爆炸核合成（BBN）之前。我们评估如何混合范围的千电子伏质量的不育中微子DM是受早期宇宙前BBN宇宙学的不确定性。这是特别相关的确定可行的参数空间的无菌中微子搜索允许所有天体物理学的限制，以及宇宙学，因为检测到一个无菌中微子可能构成第一次观察到一个粒子提供信息的前BBN时代。我们发现，在早期宇宙宇宙学和中微子相互作用的组合不确定性显着扩大了允许的参数空间的不育中微子，可以构成整个DM。
2021-11-07 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Sterile neutrino dark matter with dipole interaction
我们考虑了最轻的不育中微子暗物质与较重的不育中微子有偶极相互作用的可能性。在不违反其他约束的情况下，它的寿命可以足够长，成为暗物质的候选者，并且可以在早期宇宙中产生正确数量的遗迹丰度。我们发现，质量约为MeV的不育中微子和$Λ_5 \gtrsim 10^{15}$ GeV抑制的5维不可重整偶极相互作用可以作为暗物质的候选者，而质量为GeV量级的更重的不育中微子可以解释活跃的中微子振荡.
2022-01-14 astro-ph.CO hep-ph
Search for sterile neutrinos in a universe of vacuum energy interacting with cold dark matter
利用最新的观测资料，研究了真空能量与冷暗物质相互作用的宇宙中，不育中微子的宇宙学约束。我们专注于两个特定的相互作用模型，$Q=βHρ_{\rm v}$和$Q=βHρ_{\rm c}$。为了克服相互作用暗能量中的大尺度不稳定性问题，我们采用相互作用暗能量的参数化后弗里德曼（PPF）方法进行微扰演化的计算.在这项工作中使用的观测数据集包括普朗克2015年的温度和偏振数据，重子声振荡测量，Ia型超新星数据，哈勃常数直接测量，星系弱透镜数据，红移空间畸变数据和普朗克透镜数据。利用全数据组合，我们得到了$Q=βHρ_{\rm v}$模型的$N_{\rm eff}<3.522$和$m_{ν,{\rm sterile}}^{\rm eff}<0.576$ eV，以及$Q=βHρ_{\rm c}$模型的$N_{\rm eff}=3.204^{+0.049}_{-0.135}$和$m_{ν,{\rm sterile}}^{\rm eff}=0.410^{+0.150}_{-0.330}$ eV.后者表明在1.17 $σ$能级上存在$ΔN_{\rm eff}>0$，在1.24 $σ$能级上存在非零质量的无菌中微子。此外，对于$Q=βHρ_{\rm v}$模型，我们发现$β=0$与当前数据一致，而对于$Q=βHρ_{\rm c}$模型，我们发现$β>0$是在多于1个$σ$水平上得到的。
2018-11-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Neutrino-antineutrino asymmetry in the early universe
在这个演讲中，我将讨论如何利用残余中微子-反中微子不对称性来抑制早期宇宙中活跃-惰性的中微子振荡。这种现象可以大大放松大爆炸核合成对活跃-无菌中微子混合的限制，因此在一些采用大角度活跃-无菌混合的太阳和大气中微子异常的解决方案中非常重要。我首先讨论的生存的一个预先存在的中微子不对称性的必要条件。然后，我考虑了一个有趣得多的现象，即这种不对称实际上可以由活跃的无菌中微子振荡产生。
1996-12-18 hep-ph
$νΛ$CDM: Neutrinos help reconcile Planck with the Local Universe
如果我们把自己限制在平坦$Λ$ CDM的标准六参数模型中，那么目前对低红移和高红移宇宙的测量就会处于紧张状态。这种紧张关系有两个部分。首先，普朗克卫星的数据表明，物质扰动的标准化程度高于星系团的局部测量。第二，从局部距离-红移测量中得出的宇宙膨胀率$H_0$，明显高于用星系巡天中的声学尺度和普朗克数据作为标准标尺所推断的宇宙膨胀率。添加一个不育中微子物种改变了声学尺度，使两者一致;同时，增加质量的活动中微子或不育中微子可以抑制结构的增长，使集群数据更好地协调。对于我们的基准数据集组合，具有群集的统计误差，具有大质量无菌中微子的模型显示了3.5 $σ$证据，证明质量为非零，并且更强烈地拒绝了极小模型。一个有大量活动中微子和一个无质量的惰性中微子的模型同样是首选。一个eV级的无菌中微子质量--对短基线和反应堆异常感兴趣--完全在允许的范围内。我们要提醒的是：1）任何数据集中未知的天体物理系统误差都可能削弱这一结论，但它们需要数倍于已知误差才能完全消除张力; 2）我们发现的结果与不包括星团测量的分析存在一定差异; 3）即使包括新的中微子物理学，数据集之间仍然存在一定的张力。
2014-01-02 astro-ph.CO hep-ph
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
Pseudo-Dirac Sterile Neutrino Dark Matter
不育中微子是一种很有希望的暗物质候选者。然而，这种情况下的参数空间几乎已被排除的X射线观测结果时，无菌中微子是唯一产生的Dodelson-Widrow（DW）机制在早期宇宙。在这封信中，我们提出了一个扩展的最小不育中微子DM模型，通过引入伪Dirac不育中微子，这意味着存在两个近简并的Majorana态$\hat N_{1,2}^{}$，和一个置换对称性。重态$\hat N_1$是通过DW机制产生的，而作为DM的轻态$\hat N_2$是由早期宇宙中$\hat N_1$的衰变产生的。置换对称性避免了X射线的约束，阻止了DM衰变为活性中微子和光子。这种情况的一个有希望的信号是中微子种类的有效数量，这将在未来的实验中进行精确测量，例如宇宙微波背景辐射第四阶段。我们进一步研究了这个模型对宇宙学参数的影响。对Planck + BAO+R19数据的马尔可夫链蒙特卡罗分析给出了$H_0=69.2_{-0.59}^{+0.58}$，这可能缓解哈勃的紧张。
2021-12-29 astro-ph.CO hep-ph
Collisional production of sterile neutrinos via secret interactions and cosmological implications
无菌中微子之间的秘密相互作用最近被提出来作为一种逃避途径，以调和eV无菌中微子的暗示，从短基线异常与宇宙学观测。特别是在耦合g_X \gtrsim 10^{-2}和规范玻色子介体$X$与$M_X \lesssim 10$ MeV的模型中，在中微子退耦之前，大的物质势抑制了无菌中微子的产生。在这样的参数范围选择下，大爆炸核合成是保持不变的，也没有给模型带来任何限制。然而，我们表明，在较低的温度下，当活跃的无菌振荡不再是物质抑制，无菌中微子仍然在碰撞制度，由于他们的秘密自相互作用。真空振荡和碰撞之间的相互作用导致了散射诱导的消相干产生的不育中微子的快速。这个过程是不同中微子种类之间味道平衡的原因。我们探讨了这种大的不育中微子人口的宇宙学观测值的影响。我们发现，强秘密相互作用的签名将减少中微子的有效数量$N_{\rm eff}$在物质辐射平等下降到2.7。此外，对于$M_X \gtrsim g_X$ MeV，无菌中微子在变为非相对论性之前将是自由流，它们将影响大尺度结构功率谱。因此，对于这个范围内的参数，我们发现一个紧张的eV质量无菌状态与宇宙学中微子质量边界。
2014-12-16 astro-ph.CO hep-ph
Kinetic Equations for Baryogenesis via Sterile Neutrino Oscillation
我们研究了$ν$ MSM（中微子最小标准模型）中的重子生成，MSM是由质量低于电弱标度的三个右手中微子扩展的MSM。宇宙的重子不对称性可以通过右手（无菌）中微子的味振荡机制产生，这是各种实验证实的活性中微子质量的原因。本文给出了轻子密度矩阵的动力学方程，它描述了轻子不对称性的产生。特别地，考虑了密度矩阵的动量依赖性。通过数值求解这些方程，发现动量分布与平衡态相比有明显的畸变，这是因为具有较低动量$k \ll T$（$T$是宇宙的温度）的模的产生被增强，而较高的模的产生被抑制。结果表明，对不育中微子产额和重子不对称性最重要的模是$k \simeq 2 T$，它比< k >从热平均值推断的要小。并与前人的工作进行了比较。
2011-12-23 astro-ph.CO hep-ph
Laboratory Limits on Theories with Sterile Neutrinos in the Bulk
我们讨论的理论描述不育中微子在大额外的维度，在所谓的散装的唯象后果。我们简要地概述了如何累积的非去耦效应，由于塔的卡鲁扎-克莱因单重态中微子可能等价地描述了一个高维有效的理论与原始的订单统一汤川耦合。基于这种累积现象，我们得到了对基本量子引力尺度和/或高维汤川耦合的强约束。
2000-10-06 hep-ph
Sterile neutrinos in cosmology
在中微子质量产生机制中，不育中微子是粒子物理标准模型的自然延伸。如果它们相对较轻，小于约10 keV，它们可以显著改变宇宙学，从早期宇宙到今天的物质和辐射能量密度。在这里，我们回顾了宇宙学的作用，这种轻不育中微子可以发挥从早期宇宙，包括生产keV级不育中微子的暗物质的候选人，和轻eV级不育中微子的动力学弱耦合活动中微子时代。本文综述了在宇宙微波背景和大尺度结构数据中提出的轻不育中微子的特征。我们还讨论了keV尺度的无菌中微子暗物质衰变的X射线观测签名，包括最近的候选人$\sim$ 3.5 keV的X射线线检测一致的衰减的$\sim$ 7 keV的无菌中微子暗物质粒子。
2017-10-25 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
On the chaoticity of active-sterile neutrino oscillations in the early universe
我们研究了早期宇宙中活跃-惰性中微子振荡中中微子不对称性的演化。我们发现，有很大的区域的参数空间的不对称性是非常敏感的初始不对称性的变化，以及外部参数（质量差和混合角）。在这些区域中，系统经历混沌转变;然而，系统从没有真正的混沌，因为关于初始条件的所有信息都丢失了。然而，在某些情况下，丢失了足够的信息，中微子不对称的最终符号是随机的。我们讨论了我们的研究结果对大爆炸核合成（BBN）和宇宙微波背景（CMB）的影响。
2000-12-22 astro-ph hep-ph
Cosmological Dependence of Non-resonantly Produced Sterile Neutrinos
我们将讨论如何在实验室检测到一个不育中微子不仅将构成一个新粒子的基本发现，但也可以提供一个宇宙的演化大爆炸核合成（BBN），宇宙学的一个基本发现之前的指示。这些“可见”的无菌中微子可以在keV质量范围的KATRIN/TRISTAN和HUNTER实验中检测到，也可以在eV质量范围的PIMMY、KATRIN和反应堆中微子实验中检测到。标准假设通常被用来计算宇宙温度为5 MeV之前产生的粒子的残余丰度和动量分布，这是一个迄今为止没有观测到残余的时代。然而，基于其他假设的非标准前BBN宇宙学同样与所有现有数据一致，可能会出现在一些理论模型中。我们重新审视生产0.01 eV至1 MeV的无菌中微子通过非共振活性无菌味振荡在几个前BBN宇宙学。我们给出了模型的一般方程，其中宇宙的膨胀由其振幅和温度功率参数化，熵是守恒的，其中包括kination和标量张量模型作为特例。
2019-12-18 astro-ph.CO hep-ex 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
Maximum lepton asymmetry from active-sterile neutrino oscillations in the Early Universe
在早期宇宙中，当混合角sin 2 θ <10 ^-2时，活跃中微子与惰性中微子的振荡会产生较大的轻子不对称性。轻子不对称性η的最终数量级主要取决于它在MSW共振主导动力学方程的演化最后阶段的增长。本文提出了一种计算轻子不对称性的简单方法。我们的结果与以前的计算结果吻合得很好。此外，我们发现，增长的不对称性不服从任何特定的幂律。我们发现，在T \sim 1 MeV时，n/p比冻结时的最大可能不对称性强烈地依赖于质量平方差δ m^2：对于δ m^2 \ll 1 eV^2，不对称性可以忽略不计，而对于δ m^2 \ge 50 eV^2，不对称性达到渐近大的值。
2000-09-22 hep-ph
Hiding an elephant: heavy sterile neutrino with large mixing angle does not contradict cosmology
我们研究了一个keV级的无菌中微子与标准模型部门的一个相对较大的混合模型。物理上的考虑预测了早期宇宙中这种粒子的活跃产生，这导致了总暗物质密度的限制，以及缺乏来自无菌中微子衰变的X射线信号。这些界限加在一起可能会认为在实验室中创造keV级无菌中微子的任何尝试都是不可行的。我们认为，与一个隐藏的部门耦合到不育中微子的模型，这些界限可以逃避，打开新的视角，直接研究中微子实验，如Troitsk $ν$ -质量和KATRIN。我们估计产生不育中微子的情况下，隐藏的部门动态保持不育中微子在早期宇宙中的质量或超重。在这两种情况下，由等离子体中的活性中微子振荡产生的中微子都受到抑制。
2019-04-03 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
