Quest for CMB spectral distortions to probe the scalar-induced gravitational wave background interpretation of pulsar timing array data
本文研究通过CMB谱畸变和各向异性来约束PTA数据中SGWB的标量诱导解释，并揭示PTA数据与未来CMB SD测量的协同作用对重建小尺度原初涨落的重要性。
2025-01-30 astro-ph.CO gr-qc
Addendum: Refined bounds on MeV-scale thermal dark sectors from BBN and the CMB
最近，LUNA合作报告了对$d+p\to {}^{3}\text{He}+γ$反应速率的新测量，该测量在预测BBN时的原始氘丰度中起着重要作用。这一新的测量方法在标准模型的背景下引发了一系列新的全球BBN分析。在JCAP 01（2020）004（arXiv：1910.01649）的附录中，我们考虑了这些新结果对我们对MeV级暗区的限制的影响。重要的是，我们发现，我们的边界在BBN只有和普朗克只有分析是不敏感的这些更新。同样，我们发现，我们的约束，同时使用BBN和CMB数据推导出的亲中微子粒子没有显着修改。然而，结合BBN和CMB观测时，亲电暗区状态的界限可以适度变化。我们提出了更新的结果，所有相关的光暗部门的国家，计算使用的领导小组进行标准的BBN分析所获得的利率。
2022-03-02 astro-ph.CO hep-ph
Measuring the spectrum of primordial gravitational waves with CMB, PTA and Laser Interferometers
我们调查的可能性测量的原始引力波（GW）信号在21个十年的频率，使用宇宙微波背景（CMB），脉冲星定时阵列（PTA），激光和原子干涉仪。对于CMB和PTA实验，我们分别考虑LiteBIRD任务和平方公里阵列（SKA）。对于干涉仪，我们考虑空间任务建议，包括激光干涉仪空间天线（LISA），大爆炸观测器（BBO），分赫兹干涉仪引力波天文台（DECIGO），$μ$战神实验，分赫兹天文台（DO）和暗物质和重力探索空间原子实验（AEDGE），以及地基爱因斯坦望远镜（ET）建议。我们实现所需的数学计算灵敏度的CMB和干涉仪，并从第一原理推导出后者的响应函数。我们还评估了每个实验中天体物理前景污染的影响。我们提出了两类有代表性的原始GW随机背景模型的能量密度参数$Ω_{GW}h^2$的分箱灵敏度曲线和误差条，作为频率的函数：来自单场慢卷暴胀的度量中的量子真空涨落，以及来自旁观者轴子SU（2）暴胀模型的源诱导张量扰动。我们发现良好的前景，联合测量的GW频谱的CMB和星载干涉仪的任务建议。
2020-11-16 astro-ph.CO gr-qc
BBN And The CMB Constrain Neutrino Coupled Light WIMPs
在轻WIMP（质量m_chi < 30 MeV）的存在下，WIMP的性质、与标准模型粒子的耦合、质量和等效（额外）中微子数Δ N_nu之间存在简并。这些简并不能被CMB对中微子有效数N_eff的限制所打破。然而，由于大爆炸核合成（BBN）也受到轻WIMP和等效中微子的影响，互补的BBN和CMB约束可以打破一些简并。在以前的论文中，BBN和CMB被结合起来，以探索电磁湮灭为光子和/或电子/正电子的轻WIMP的m_chi，Delta N_nu和N_eff的允许范围。本文计算了只与中微子耦合的轻WIMP的BBN预言。最近观测到的^2H和^4He的丰度被用来限制m_chi、Δ N_nu、N_eff和现在的重子密度。考虑到中微子耦合的轻WIMP和非零的Delta N_nu，BBN和CMB的组合数据给出了m_chi的下限，最佳拟合m_chi > 35 MeV，相当于没有轻WIMP。所有低于4- 9 MeV（取决于自旋）的质量都被排除在外。在没有任何轻WIMP的情况下，BBN单独倾向于Delta N_nu = 0.50 +- 0.23，既不倾向于Delta N_nu = 0，也不倾向于完全热化的无菌中微子（Delta N_nu = 1）。这一结果与CMB约束N_eff = 3.30 ± 0.27一致，限制了BBN和复合之间的“新物理”。结合BBN和CMB数据得到Delta N_nu = 0.35…
2015-02-12 astro-ph.CO nucl-ex nucl-th
Refined Bounds on MeV-scale Thermal Dark Sectors from BBN and the CMB
与标准模型等离子体热耦合的新的轻态改变了宇宙的膨胀历史，并影响了原始轻元素的合成。在这项工作中，我们进行了详尽和精确的分析，大爆炸核合成（BBN）和宇宙微波背景（CMB）的观测MeV级BSM粒子的影响。我们发现，BBN观测设置了一个下限的热暗物质质量的$m_χ> 0.4\,\text{MeV}$在$2σ$。这种束缚与粒子的自旋和内部自由度的数量、湮灭是s波还是p波以及湮灭的终态无关。此外，我们表明，目前的BBN加上CMB的观测限制纯粹的亲电和亲中子BSM物种有一个质量，$m_χ> 3.7\,\text{MeV}$在$2σ$。我们探讨了未来的BBN测量的范围，并表明即将到来的CMB任务应改善轻BSM热状态的界限$m_χ> (10-15)\,\text{MeV}$。最后，我们表明，非常轻的BSM物种热耦合到SM等离子体是非常不利的，目前的宇宙学观测。
2019-11-27 astro-ph.CO hep-ph
Probing Physics Beyond the Standard Model: Limits from BBN and the CMB Independently and Combined
我们提出了新的大爆炸核合成（BBN）的宇宙膨胀率或相对论能量密度的限制，量化通过数量$N_ν$等效中微子物种。我们使用最新的轻元素观测，中子平均寿命，并更新我们的核率$d+d \rightarrow He3 + n$和$d+d \rightarrow H3 + p$的评估。将这个结果与来自宇宙微波背景辐射（CMB）的独立约束相结合，对在宇宙核合成之前扰动$N_ν$和$η$的新物理学产生了严格的限制：BBN+CMB联合分析给出了$N_ν= 2.898 \pm 0.141$，导致了在$2σ$处的$N_ν< 3.180$。我们将这些限制应用于各种新的物理场景，包括右手中微子，暗辐射和随机引力波背景。我们还寻找潜在的限制{ \em变化}在$N_ν$和/或重子光子比$η$之间的两个时代。目前的数据放置在BBN和CMB去耦之间的$N_ν$的允许变化的强约束，例如，我们发现$-0.708 < N_ν^{\rm CMB}-N_ν^{\rm BBN} < 0.328$的情况下，$η$和原始氦的质量分数$Y_p$是不变的两个时代之间，我们也给在$η$或$(η,N_ν)$联合允许的变化的限制。展望未来，我们预测了由CMB第4阶段测量以及天文\he 4测量的改进所引起的$N_ν$的精度提高。我们发现CMB-S4与现有的BBN和轻元素观测精度相结合可以给出$σ(N_ν) \simeq 0.03$。这样的未来…
2022-10-31 astro-ph.CO hep-ph
The BAO+BBN take on the Hubble tension
许多试图用扩展的宇宙学模型来解决哈勃张力的尝试，都是在背景宇宙学的水平上，将增强的遗迹辐射密度与影响宇宙学扰动演化的新物理成分结合起来。几位作者指出，结合重子声学振荡（BAO）和大爆炸核合成（BBN）的数据，可以独立于CMB图和超新星数据来探测背景宇宙学历史。使用国家的最先进的假设BBN，我们确认，结合BAO，氘，氦数据与SH0ES测量下的$Λ$ CDM假设在3.2 $σ$水平的紧张局势，而在与CMB值密切一致。我们随后表明，浮动的辐射密度参数$N_\mathrm{eff}$只减少了张力下降到2.6 $σ$的水平。这一结论完全独立于任何CMB数据，表明高$N_\mathrm{eff}$解释额外的遗迹（自由流或自相互作用）并不能为危机提供明显的解决方案，甚至在背景宇宙学的水平上也不能。为了规避这种强约束，（i）额外的辐射必须在BBN之后产生，以避免氦约束，以及（ii）必须在扰动水平上调用额外的成分，以使这种额外的辐射与CMB和LSS数据相一致。
2019-08-08 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A Limit on the Total Lepton Number in the Universe from BBN and the CMB
CERN（欧洲核子研究中心）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
该研究通过BBN和CMB限制宇宙总轻子数，提出新的计算框架并公开代码，为中微子动力学提供了新的分析工具。
2025-12-05 astro-ph.CO hep-ph
Joint CMB and BBN Constraints on Light Dark Sectors with Dark Radiation
暗扇区为热产生亚GeV暗物质提供了一个令人信服的理论框架，并激发了一个广泛的新加速器和直接探测实验计划。我们证明了约束这样的黑暗部门使用测量的有效数的中微子物种，$N_\text{eff}$，从宇宙微波背景（CMB）和原始元素丰度从大爆炸核合成（BBN）。作为一个具体的例子，我们考虑一个任意自旋的暗物质粒子，它通过一个大质量的暗光子与标准模型相互作用，从而在暗区产生任意数量的光自由度。我们排除暗物质质量低于$\sim$ 4兆电子伏在95%的置信度为所有暗物质自旋和暗光子质量。这些界限保持不管额外的新的光，惰性自由度在黑暗的部门，和暗物质-电子散射截面许多数量级低于目前的实验限制。这些限制的强度只会随着未来的CMB实验而继续改善。
2022-08-18 astro-ph.CO hep-ph
Light WIMPs, Equivalent Neutrinos, BBN, and the CMB
将最近对氦和氘原始丰度的观测测定结果的更新与BBN的预测进行比较，以推断重子与光子的普适比（或目前的宇宙重子质量密度参数Omega_B h^2），并限制中微子的有效数（N_eff）和等效中微子数（Δ N_nu）。这些BBN的结果进行比较，来自独立的普朗克CMB数据。在没有轻WIMP（chi）的情况下，N_eff = 3.05（1 + Delta N_nu/3）。在这种情况下，BBN和CMB之间有很好的一致性，但联合拟合发现Δ N_nu = 0.40 +/- 0.17，不利于2.4 σ的标准大爆炸核合成（SBBN：Δ N_nu = 0），以及3.5 σ的无菌中微子（Δ N_nu = 1）。在存在轻WIMP的情况下，N_eff和Delta N_nu之间的关系取决于WIMP质量，导致N_eff、Delta N_nu和m_chi之间的简并。互补和独立的BBN和CMB数据可以打破这些简并。根据光WIMP（马约拉纳或狄拉克费米子，实标量或复标量）的性质，联合BBN + CMB分析将m_chi的下限设定在0.5至5 MeV的范围内，并且它们确定了m_chi在5至10 MeV范围内的最佳拟合值。BBN + CMB的联合分析发现了等效中微子数的最佳拟合值，Δ N_nu = 0.65，几乎与WIMP的性质无关。最佳拟合仍然不支持不存在暗辐射（在95%的置信度下，Δ N_nu = 0），同时允许存在无菌…
2014-01-21 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
BBN And The CMB Constrain Light, Electromagnetically Coupled WIMPs
在轻WIMP（< 30 MeV）存在下，WIMP的性质、与标准模型粒子的耦合、质量m_chi和超出标准模型的等效中微子数Δ N_nu之间存在简并。这些简并不能被CMB对中微子有效数N_eff的限制所打破。然而，大爆炸核合成（BBN）是由一个轻的WIMP和等效的中微子，所以BBN和CMB的组合可以打破一些简并。在这里，我们探讨了在存在轻弱相互作用和等效中微子的情况下BBN对丰度的预测，并利用观测确定的残余丰度估计值来限制m_chi、Δ N_nu和当前宇宙重子密度（Ω_B h ^2）。这些限制进行了探讨马约拉纳和狄拉克费米子WIMP，以及真正的和复杂的标量WIMP耦合到电子，正电子和光子。在另一篇论文中，我们对只与标准模型中微子耦合的弱相互作用粒子重复了这一分析，并对这两种情况的约束条件进行了对比。如果没有轻弱相互作用，但考虑到等效中微子，BBN和CMB的组合约束有利于N_eff = 3.46 +/- 0.17，Omega_B h^2 = 0.0224 +/- 0.0003，Delta N_nu = 0.40 +/- 0.17。在这种情况下，标准的BBN（Δ N_nu = 0）在~98%的置信度下是不利的，而一个无菌中微子（Δ N_nu = 1）的存在在> 99%的置信度下是不利的。如果同时考虑一个轻的WIMP和Delta N_nu等效中微子，BBN和CMB的组合数据提供了WIMP质量…
2014-04-04 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
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
CMB and energy conservation limits on nanohertz gravitational waves
针对纳赫兹引力波背景的物理起源，本文提出结合能量守恒规则与 CMB 对辐射能量密度的限制，可对新物理模型参数空间设定严格的先验约束。
2024-09-23 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The Role of Big Bang Nucleosynthesis in Joint Cosmological Analyses
Boston University（波士顿大学）；University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
本研究利用普朗克CMB和DESI DR2 BAO数据，首次在联合分析中边缘化BBN干扰参数，给出精确的哈勃常数和有效中微子数，并建议BBN处理流程以准确考虑预测不确定性。
2026-10-02 astro-ph.CO hep-ph
Primordial lepton asymmetries in the precision cosmology era: Current status and future sensitivities from BBN and the CMB
使用一个新的极端贫金属系统的样本，EMPRESS调查最近报告了一个原始的氦丰度是$3σ$小于从标准的大爆炸核合成（BBN）方案的预测。这个测量可以解释为电子中微子味中原始轻子不对称性的暗示。EMPRESS结果的启发，我们提出了一个全面的分析轻子不对称性的测量原始元素的丰度，随着宇宙微波背景（CMB）数据从普朗克。假设我们的宇宙中没有暗辐射，我们发现电子中微子化学势$ξ_{ν_e} = 0.043 \pm 0.015$，它偏离零$2.9σ$。如果不假设宇宙中暗辐射的丰度，化学势为$ξ_{ν_e} = 0.046 \pm 0.021$，它与零的偏差为$2.2σ$。我们还发现，这一结果是相当不敏感的核反应速率的选择。如果氦的真实丰度与EMPRESS中心值相对应，那么西蒙斯天文台和CMB-S4未来的CMB观测将分别增加非零轻子不对称性对$4σ$和$5σ$的重要性（假设没有暗辐射），或对$3σ$的重要性（假设没有暗辐射的丰度）。
2023-02-23 astro-ph.CO hep-ph
The Impact of New d(p,γ)He3 Rates on Big Bang Nucleosynthesis
我们考虑了LUNA协作组对$d(p,γ){}^3$ He截面的新测量对大爆炸核合成（BBN）的影响。这些对D/H的原始丰度有重要影响，而原始丰度对BBN时的重子密度也很敏感。我们已经重新评估了这个反应的热速率，使用横截面数据的世界平均值，我们描述与模型无关的多项式，我们的结果是在良好的协议与类似的分析LUNA。然后，我们执行一个完整的似然分析结合BBN和普朗克宇宙微波背景（CMB）的似然链使用新的速率结合以前的测量和比较使用以前的速率的结果。BBN和CMB测量的各向异性频谱使用旧的利率之间的一致性是极好的。预测的重子密度普朗克值的氘丰度是$({\rm D/H})_{\rm BBN+CMB}^{\rm old} = (2.57 \pm 0.13) \times 10^{-5}$，这可以与类星体吸收系统$({\rm D/H})_{\rm obs} = (2.55 \pm 0.03) \times 10^{-5} $确定的值进行比较。使用新的速率，我们发现$({\rm D/H})_{\rm BBN+CMB} = (2.51 \pm 0.11) \times 10^{-5}$。因此，我们发现BBN理论，氘和${}^4$他的意见，和CMB之间的一致性，当使用反应速率适合在我们的数据驱动的方法。我们还发现，新的反应数据收紧的相对论自由度在BBN的数量的限制，给出轻中微子物种的有效数量$N_ν=…
2020-11-27 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
Using Big Bang Nucleosynthesis to Extend CMB Probes of Neutrino Physics
我们目前的计算表明，即将到来的宇宙微波背景（CMB）实验将有能力改善目前的中微子质量的限制，并提供新的限制中微子简并参数。后者可能超过大爆炸核合成（BBN）和观测推断的原始氦丰度。这些结论来自我们的蒙特卡罗马尔可夫链（MCMC）模拟，其中包括一个完整的BBN核反应网络。这提供了氦丰度，重子数，三个单独的中微子简并参数和其他宇宙学参数的自洽处理。分析了引力透镜效应对CMB对中微子静止质量和简并度参数的影响。我们发现，对于普朗克实验，总的（总和）中微子质量$M_ν > 0.29$ eV可以排除在$2σ$或更好。同样，中微子简并参数$ξ_{ν_{e}} > 0.11$和$| ξ_{ν_{μ/τ}} | > 0.49$也可以在$2σ$置信度下检测或排除。对于POLARBEAR，我们发现相应的可检测值为$M_ν> 0.75 {\rm eV}$、$ξ_{ν_{e}} > 0.62$和$| ξ_{ν_{μ/τ}}| > 1.1$，而对于EPIC，我们得到$M_ν> 0.20 {\rm eV}$、$ξ_{ν_{e}} > 0.045$和$|ξ_{ν_{μ/τ}}| > 0.29$。我们对EPIC的预测表明，CMB观测有可能对中微子简并参数设置约束，这些约束优于BBN导出的限制，并且比当前WMAP导出的限制好一个数量级。
2010-05-10 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Broken blue-tilted inflationary gravitational waves: a joint analysis of NANOGrav 15-year and BICEP/Keck 2018 data
本文联合NANOGrav 15年与BICEP/Keck 2018数据，对破缺幂律暴胀引力波谱进行马尔可夫链蒙特卡洛分析，发现PTA与CMB频段谱倾斜显著不同，并探讨了其对暴胀模型的约束意义。
2024-03-25 astro-ph.CO gr-qc hep-th
BBN constraints on the annihilation of MeV-scale dark matter
兆电子伏尺度的热暗物质面临着各种宇宙学探测器的严格限制。在这里，我们执行一个详细的评估BBN边界上的湮灭截面的暗物质与质量$1\,\text{MeV} \lesssim m_χ\lesssim 1\,\text{GeV}$。对于$p波抑制湮灭，约束BBN原来是显着强于CMB观测，并与其他间接搜索的最强界限的竞争。此外，我们更新的下限从BBN的热暗物质的质量使用改进的测定原始丰度。虽然与CMB的相应约束具有相似的强度，但它对粒子物理模型的变化具有更强的鲁棒性。
2019-05-09 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological measurement of the gravitational constant $G$ using the CMB, the BAO and the BBN
本文结合Planck PR4、DESI DR1 BAO与BBN原初氦丰度，在宇宙学尺度测定引力常数$G$，精度达1.8%，且对非标准暗能量和非平坦模型稳健。
2024-11-26 astro-ph.CO
Improved BBN Constraints on the Variation of the Gravitational Constant
大爆炸核合成（BBN）对宇宙膨胀率非常敏感。如果引力常量$G$在核合成时期的值与今天不同，那么轻元素的原始丰度就会受到影响。在这项工作中，我们改进了这种变化的界限，使用最近的原始元素丰度的测定，更新的核和弱反应速率和观测的宇宙微波背景（CMB）。当结合测量的丰度和普朗克的CMB观测的重子密度，我们发现$G_\mathrm{BBN}/G_0 = 0.99^{+0.06}_{-0.05}$在$2σ$的置信水平。如果$G$随时间的变化是线性的，我们发现$\dot{G}/G_0 = 0.7^{+3.8}_{-4.3}\times 10^{-12} \, \mathrm{yr}^{-1}$，也是在$2σ$。这些边界是显着强于以前的原始核合成研究，并与CMB，恒星，太阳系，月球激光测距，脉冲星定时和引力波的限制。
2020-02-05 astro-ph.CO hep-ph hep-th
New Bounds for Axions and Axion-Like Particles with keV-GeV Masses
我们给出了更新的约束假设的光玻色子与双光子耦合，如轴子或类轴子粒子（ALP）。我们专注于大爆炸核合成（BBN）附近发生衰变的质量和寿命，从而改变重子-光子比和BBN时代和宇宙微波背景（CMB）最后散射时代之间的相对论自由度的数量，特别是这样的$N_{\rm eff}^{\rm CMB} < N_{\rm eff}^{\rm BBN}$和$η^{\rm CMB} < η^{\rm BBN}$。这里提出的新的限制来自普朗克测量的CMB功率谱结合最新的推断原始$^4$他和D/H丰度。我们发现，以前允许的区域在参数空间附近的$m=1\,\rm MeV$和$τ=100\,\rm ms$，一致的QCD轴子所产生的对称性破缺附近的电弱标度，现在排除在$>3σ$的CMB+D/H测量的组合，如果只有ALP和三个热化中微子物种有助于$N_{\rm eff}$。如果存在额外的轻自由度，则该束缚松弛，在这种情况下，其贡献限于$ΔN_{\rm eff}=1.1\pm0.3$。我们给出的预测表明，一些实验预计将达到进一步测试该区域所需的灵敏度，如第四阶段CMB和SUPER-KEKB，后者是对任何额外自由度不敏感的直接测试。
2015-01-16 astro-ph.CO
Impact of memory-burdened black holes on primordial gravitational waves in light of Pulsar Timing Array
本文提出超轻原初黑洞引发的早期物质主导相可稀释高频蓝倾斜引力波，使其同时满足BBN、LIGO和PTA约束，并利用记忆负担效应约束PBH参数空间，证明质量低至10^{2-3}克的PBH可在高频留下可探测印记。
2025-05-08 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Prospects for constraining interacting dark energy cosmology with gravitational-wave bright sirens detected by future SKA-era pulsar timing arrays
本文利用未来SKA时代脉冲星计时阵列模拟的引力波亮汽笛数据结合Planck CMB数据，研究相互作用暗能量模型的宇宙学参数约束，证明PTA数据可显著提升哈勃常数、物质密度和耦合参数的测量精度。
2025-04-08 astro-ph.CO
Big Bang Nucleosynthesis: 2015
大爆炸核合成（BBN）描述了在宇宙时间的最初几秒钟内，通过四种基本力之间的动态相互作用产生最轻的核素。我们简要地概述了这一物理学的要点，并提出了新的计算轻元素丰度通过锂6和锂7，更新核反应和不确定性，包括那些在中子寿命。我们提供了适合这些结果作为重子密度和中微子味的数量，N_nu的函数。我们回顾了BBN的最新进展，特别是新的，精确的普朗克宇宙微波背景（CMB）测量，现在探测重子密度，氦含量，和有效的自由度，n_eff。这些测量允许严格的测试BBN和宇宙学仅使用CMB数据。我们的可能性分析将2015年普朗克数据链与我们的BBN输出和观测数据进行了卷积。增加轻元素的天文测量增强了BBN的力量。我们包括一个新的测定原始氦丰度在我们的可能性分析。新的D/H观测结果比相应的理论预测更精确，并且与标准模型和普朗克重子密度一致。此外，当与CMB重子密度结合时，D/H现在提供了对N_nu的严格测量，并提供了2sigma上限N_nu < 3.2。CMB和D/H观测的新精度使D/H预测成为最大的不确定性来源。因此，BBN计算的未来改进将依赖于改进的核截面数据。与D/H和he 4相反，li 7的预测仍然与观测不一致，也许指向新的物理学。
2015-05-05 astro-ph.CO
Light WIMPs And Equivalent Neutrinos
非常轻的WIMP（chi），在早期宇宙后期湮灭的热遗迹，改变了BBN和复合时的能量和熵密度。BBN与CMB相结合，可以消除轻WIMP和等效中微子之间的一些简并性，限制它们的存在和性质。根据光WIMP（马约拉纳或狄拉克费米子，实标量或复标量）的性质，联合BBN + CMB分析将下限设定为0.5 - 5 MeV（m_chi/m_e > 1 - 10）的范围内的m_chi，它们确定了5 - 10 MeV范围内的m_chi的最佳拟合值。BBN + CMB联合分析发现等效中微子数的最佳拟合值Δ N_nu ~ 0.65，几乎与WIMP的性质无关。在没有轻WIMP（m_chi > 20 MeV）的情况下，N_eff = 3.05（1 + Delta N_nu /3）。在这种情况下，BBN和CMB之间有很好的一致性，但联合拟合显示Δ N_nu = 0.40+-0.17，不利于标准大爆炸核合成（SBBN）（Δ N_nu = 0）在~ 2.4 sigma，以及一个不育中微子（Δ N_nu = 1）在~ 3.5 sigma。最佳的BBN + CMB联合拟合不利于暗辐射的缺乏（Δ N_nu = 0，约95%的置信度），而允许存在无菌中微子（Δ N_nu = 1，约1 σ）。对于这里考虑的所有情况，锂问题仍然存在。这些结果在TAUP 2013会议上发表，基于Nollett & Steigman（2013）。
2014-02-21 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
Can tensor-scalar induced GWs dominate PTA observations ?
本文研究张量-标量诱导引力波（TSIGW）在小尺度原初引力波和曲率扰动场景下的能量密度谱，结合CMB、BAO、PTA数据及LISA信噪比分析约束参数空间，贝叶斯因子表明TSIGW+PGW可能比SMBHB更可能主导PTA观测。
2025-03-30 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Primordial Helium And the Cosmic Background Radiation
原始核合成的产物和宇宙微波背景（CMB）光子是宇宙早期演化的遗迹，它们的观测探索了宇宙学的标准模型，并为宇宙学和粒子物理学的标准模型之外的新物理学提供了窗口。在标准的热大爆炸宇宙学中，早在任何恒星形成之前，宇宙中重子质量的很大一部分（~25%）就应该是氦-4核的形式。由于目前的4 He观测仅限于恒星核合成发生的低红移区域，因此对高红移的星前4 He的观测将构成对热大爆炸宇宙学的基本测试。在复合时，在大爆炸核合成（BBN）结束很久之后，CMB上的温度各向异性谱取决于4 He丰度，通过其与电子密度的联系以及电子密度对Silk阻尼的影响。由于4 He的残余丰度对重子的普遍密度相对不敏感，但对非标准的早期宇宙膨胀率敏感，因此4 He的原始质量分数Yp提供了对BBN和CMB的标准模型的一致性的测试，并提供了对非标准物理的约束。在这里，WMAP七年的数据（补充其他CMB实验），这导致在高红移Yp的间接测定，进行比较的BBN预测和独立的，直接的观测4 He在低红移，河外HII地区。目前，由于CMB测定的原始4 He丰度（以及从H II区观测推断的氦丰度）存在很大的不确定性，BBN预测和CMB观测之间的任何差异都很小，在< 1.5 sigma的水平。
2010-04-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmological Parameter Estimation with a Joint-Likelihood Analysis of the Cosmic Microwave Background and Big Bang Nucleosynthesis
New York University（纽约大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）；Boston University（波士顿大学）；University of Chicago（芝加哥大学）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Harvard University（哈佛大学）
本文通过联合分析CMB和BBN数据，利用贝叶斯推断确定有效中微子种类数，并评估Lambda冷暗物质模型的可靠性。
2025-11-27 astro-ph.CO hep-ph
Interpretation of Nanohertz Gravitational Waves via Cosmic Strings in Post-BBN Matter and Kination Domination
Indiana University（印第安纳大学）
该研究通过贝叶斯分析NANOGrav 15年与EPTA DR2 New+数据集，发现后BBN物质和动能主导阶段的宇宙弦可解释PTA观测的纳赫兹引力波信号，且与标准宇宙学历史相比有显著证据。
2026-10-09 astro-ph.CO 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
New observational limits on dark radiation in brane-world cosmology
在最简单的五维RS-II膜世界宇宙学中，暗辐射项是对能量动量张量的修正。在本文中，我们重新审视暗辐射的基础上的最新结果轻元素核反应率，观测到的轻元素丰度和功率谱的宇宙微波背景（CMB）。在大爆炸核合成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，我们所采用的BBN约束减少了暗辐射的允许范围之间的$-12.1\%$和$+6.2\%$的环境背景能量密度。将该结果与CMB功率谱的拟合相结合，范围减小到$-6.0\%$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，虽然在BBN分析可能有轻微的偏好为负的贡献。然而，BBN约束强烈依赖于所采用的原始氦丰度。
2017-01-01 astro-ph.CO hep-ph
A new tension in the cosmological model from primordial deuterium?
最近对D（p，$γ)^3$ He）核反应截面和中子寿命的测量，以及对来自宇宙微波背景（CMB）分析的宇宙学重子丰度的重新评估，要求对大爆炸核合成（BBN）过程中产生的轻元素的丰度预测进行更新。虽然在早期被认为是热大爆炸模型的支柱，但BBN的约束力主要取决于氘丰度。我们指出一个新的$\simeq1.8σ$ -张力的重子密度，或相当于D/H丰度，之间的值推断，一方面从分析的原始丰度的轻元素，另一方面，从组合的CMB和重子振荡数据。这引起了人们对该理论这一部分的关注，并使我们有机会在精确宇宙学的背景下重新评估BBN的地位。最后，本文介绍了BBN码PRIMAT的升级。
2021-01-25 astro-ph.CO nucl-th
BAO signatures in the 2-point angular correlations and the Hubble tension
利用早期和晚期宇宙信息对哈勃参数$H_0$进行估计的观测张力正在文献中进行激烈的讨论。另外，独立于CMB数据和局部距离阶梯法测量$H_0$也是非常重要的。在这个意义上说，我们分析了15个测量的横向BAO规模，$θ_{\rm BAO}$，在弱模型依赖的方法获得的，与其他数据集相结合，在一个模型无关的方式获得的，即大爆炸核合成（BBN）的信息，6引力透镜类星体与测量的时间延迟的H0 LiCOW团队，和宇宙计时器（CC）的措施。我们分别从$θ_{BAO}$ +BBN+ H 0 LiCOW和$θ_{BAO}$ +BBN+CC中找到了$H_0 = 74.88_{-2.1}^{+1.9}$ km s ${}^{-1}$ Mpc ${}^{-1}$和$H_0 = 72.06_{-1.3}^{+1.2}$ km s ${}^{-1}$ Mpc ${}^{-1}$，与当地测量结果完全一致。此外，我们估计了拖曳期的声视界$r_{\rm d}$，与CMB数据无关，并找到了$r_{\rm d}=144.1_{-5.5}^{+5.3}$ Mpc（来自$θ_{BAO}$ +BBN+ H0 LiCOW）和$r_{\rm d} =150.4_{-3.3}^{+2.7}$ Mpc（来自$θ_{BAO}$ +BBN+CC）。在第二轮分析中，我们测试了可能的空间曲率$Ω_k$的存在如何影响主要结果。我们比较我们的约束$…
2020-11-09 astro-ph.CO gr-qc
Joint constraints on cosmological parameters using future multi-band gravitational wave standard siren observations
本文首次模拟并联合SKA时代PTA、Taiji和CE的多波段引力波标准汽笛数据，显著提升H_0及暗能量参数约束，并打破CMB参数简并。
2023-03-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Big Bang For Your Helium Buck
University of Washington（华盛顿大学）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）
利用LBT对原始氦丰度的测量，我们展示了不依赖BBN的CMB宇宙学约束的稳健性，并应用于新物理场景，排除了多数模型，同时为中子寿命异常提供了独立检验。
2026-09-14 astro-ph.CO
New cosmological constraints on $f(T)$ gravity in light of full Planck-CMB and type Ia supernovae data
我们在扭转引力修正广义相对论的背景下研究了两个新的观测视角，即，$f(T)$重力：i）我们利用超新星距离模关系中牛顿常数随时间变化所激发的Ia型超新星的Pantheon数据，发现与重子声学振荡（BAO）和大爆炸核合成（BBN）的联合分析，即Pantheon+BAO+BBN，提供了对理论的有效自由参数的约束，以与$Λ$ CDM预测良好兼容;（2）在线性微扰的水平上给出了$f(T)$引力的框架，并给出了唯象函数，即有效引力耦合$μ$和光偏转参数$Σ$，它们通常用于分别将物质密度对比度与透镜和牛顿势相关联的泊松方程的可能修改参数化。我们使用普朗克2018年发布的宇宙微波背景（CMB）数据集来约束$f(T)$幂律引力和$Λ$ CDM模型的自由参数。我们发现，CMB数据，其联合分析与万神殿和BAO数据约束的$f(T)$幂律重力情景实际上是无法区分的$Λ$ CDM模型。在宇宙学水平上，我们得到了$f(T)$幂律引力场的最强极限。
2023-03-19 astro-ph.CO gr-qc
Comprehensive Constraints on Dark Radiation Injection After BBN
本研究结合多类宇宙学观测数据，对BBN后隐区粒子衰变产生的暗辐射注入给出严格约束，发现其贡献不超过宇宙能量密度的3%，无法有效缓解哈勃张力。
2024-04-11 astro-ph.CO
Using pulsar timing arrays and the quantum normalization condition to constrain relic gravitational waves
在早期宇宙遗留引力波（RGW）的非标准模型中，理论谱主要由振幅$r$和谱指数$β$来描述，谱指数通常由暴胀势的斜率决定。脉冲星定时阵列（PTAs）数据对应变谱的幅值施加了幂律形式的唯象约束。将这些约束应用到一个通用的，理论上的频谱与$r$和$β$作为独立的参数，我们将PTA约束转换成一个上限的索引$β$，这原来是严格的BBN，CMB和LIGO/VIRGO，分别比这些上限。此外，它被发现，PTA约束的非标准RGW更严格的标准RGW。如果量子归一化的条件被施加在RGW的理论光谱上，则$r$和$β$变得相关。在这个条件下，暴胀过程中视界尺寸的最小要求大于普朗克长度，导致了$β$的上限，这在幅度上与PTA相当。当PTAs和量子归一化都应用于RGW的理论谱时，可以获得早期宇宙的其他宇宙过程的约束，例如再加热，这是一个迄今为止在观测上不太了解的过程。由此产生的约束是一致的慢卷，大规模标量暴胀模型。未来的SKA将能够进一步限制RGW，甚至可能探测RGW，从而对非常早期的宇宙进行重要的探索。
2013-11-28 astro-ph.CO gr-qc
Mitigating cosmic variance in the Hellings-Downs curve: a Cosmic Microwave Background analogy
该研究通过谐波形式体系推导HD相关性，构建二次估计量，证明宇宙方差在PTA中可通过增加观测时间和频率仓数缓解，而非固有局限，并预测200颗脉冲星监测25年可测至ℓ=4。
2025-04-24 astro-ph.CO gr-qc
From Cavendish to PLANCK: Constraining Newton's Gravitational Constant with CMB Temperature and Polarization Anisotropy
利用WMAP、BOOMERANG、CBI和ACBAR实验的最新CMB数据和来自大爆炸核合成的独立约束，给出了牛顿引力常量宇宙变化的新约束.我们发现，目前的CMB数据提供的限制在10%的水平，可以提高到3%，包括BBN数据。我们表明，未来的数据预计从普朗克卫星可以约束G在1.5%的水平，而最终的，宇宙方差有限，CMB实验可以达到约0.4%的精度，与目前的实验室测量竞争。
2009-05-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Limits on Non-Relativistic Matter During Big-Bang Nucleosynthesis
本文研究大爆炸核合成期间非相对论无压物质的衰变效应，利用轻元素丰度和CMB数据限制其寿命与密度，发现电磁衰变物质可更好地拟合Planck给出的N_ν偏低结果，并给出参数限制。
2024-01-16 astro-ph.CO hep-ph
Neutrinos And Big Bang Nucleosynthesis
根据粒子物理学和宇宙学的标准模型，当前宇宙中应该存在类似于宇宙微波光子背景的宇宙中微子背景。弱相互作用的弱点使得中微子背景无法用现有技术检测到。然而，宇宙中微子背景可以通过它对大爆炸核合成（BBN）和宇宙微波背景（CMB）辐射的宇宙学效应间接探测。在这篇BBN评论中，重点关注中微子，更一般地说是暗辐射，对“等效中微子”（暗辐射）的数量，重子不对称性（重子密度）和可能的轻子不对称性（中微子简并度）的BBN约束进行了审查和更新。BBN对暗辐射和重子密度的限制来自于对氘和氦-4的原始丰度的考虑，与CMB的互补结果非常一致，提供了一个暗示性的，但目前还没有定论的暗辐射存在的暗示，它们限制了任何轻子的不对称性。对于这里考虑的所有情况，都存在一个“锂问题”：BBN预测的锂丰度超过观测推断的原始值约3倍。
2012-07-31 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
Probing the BSM physics with CMB precision cosmology: an application to supersymmetry
在BBN之前的宇宙历史是由粒子物理学的标准模型（BSM）之外的物理学高度决定的，并且它在观测上受到很差的约束。正在进行的和未来的CMB观测值的精确测量可以为我们提供有关前BBN时代的重要信息，因此可能会测试不同BSM场景的宇宙学预测。超对称性是一个特别有动机的BSM理论，通常情况下，不同的超对称性破缺方案需要不同的宇宙历史，具有特定的再加热温度或低熵产生，以便在宇宙学上可行。在本文中，我们量化的影响可能的替代宇宙历史的$n_s$和$r$ CMB观测值假设一个通用的非热阶段后，宇宙暴胀。我们分析了TeV，特别是多TeV的超对称性破缺计划假设中性子和引力子暗物质的情况下。我们补充我们的分析考虑Starobinsky $R^2$通货膨胀模型来验证改进的CMB预测，早期宇宙宇宙演化的统一描述产生。我们的分析强调了CMB精确测量的重要性，在某种程度上，可以看作是对超对称性或其他BSM理论的实验室实验研究的补充。
2018-03-07 astro-ph.CO hep-ph hep-th
The LBT $Y_{\rm p}$ Project V: Cosmological Implications of a New Determination of Primordial $^4$He
TRIUMF（特利安夫实验室）；William I. Fine Theoretical Physics Institute, School of Physics and Astronomy, University of Minnesota（明尼苏达大学物理与天文学院威廉·I·芬理论物理研究所）；University of Illinois（伊利诺伊大学）；Gonzaga University（冈萨加大学）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；Northwestern University（西北大学）；University of Minnesota（明尼苏达大学）
LBT Y_p项目通过新确定的原初^4He丰度，结合氘测量和BBN模型，得出宇宙质子-光子比和轻子种类数，验证了标准模型与宇宙学的一致性。
2026-01-29 astro-ph.CO hep-ph
Revisiting Dark Photon Constraints from CMB Spectral Distortions
重新审视CMB谱畸变对暗光子的约束，发现先前估计符号相反且振幅被低估约1.5倍，并扩展到大畸变区域，表明约束显著弱化，为利用畸变各向异性研究暗光子开辟新途径。
2024-09-18 astro-ph.CO gr-qc hep-th
A Rich Tapestry: Supersymmetric Axions, Dark Radiation, and Inflationary Reheating
我们利用超对称性、暴胀、轴子、大爆炸核合成（BBN）和宇宙微波背景辐射（CMB）之间的互补性，结合最近的Planck和BICEP结果来约束超对称轴子模型.特别是，我们得到BBN边界来自改变轻元素丰度考虑到强子和电磁能量注入，和CMB约束黑体光谱失真。最后，我们概述了这些超对称模型的可行与排除的区域，可能占观察到的温和的暗辐射。
2014-11-29 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Ultra-low mass PBHs in the early universe can explain the PTA signal
本研究提出超低质量原初黑洞主导时期产生的引力波可解释脉冲星计时阵列观测到的纳赫兹引力波背景，并预测了可检验的谱特征。
2023-12-01 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Big Bang Nucleosynthesis, the CMB, and the Origin of Matter and Space-Time
本文综述了大爆炸核合成（BBN）和宇宙微波背景（CMB）在限制宇宙物质创生第一时刻中的应用。我们回顾BBN的基本要素，以及它如何约束辐射主导时代的物理学。特别是，更高维度的存在如何通过“暗辐射”项中更高维度的曲率投影影响宇宙膨胀。我们总结了目前的限制，从BBN和CMB在这个膜世界的暗辐射项。与此同时，在早期暴胀期间额外维度的存在影响了张量与标量之比和CMB中测量的运行光谱指数。我们总结了如何限制通货膨胀转移时，嵌入在更高的维度。最后，人们期望宇宙诞生于普朗克时间附近的复杂多元宇宙景观。在这些时刻，超弦的能量标度可以在混沌暴胀的早期获得。我们总结了从弦论中寻找时空诞生的宇宙学证据的过程。我们将探讨超弦激发可能通过与暴胀场的耦合而使自己为人所知的可能性。这可能在宇宙微波背景的温度波动功率谱中留下了“凹陷”的印记。这个粒子被识别为超弦是可能的，因为可能有证据表明同一超弦的不同振子状态出现在天空的不同尺度上。从这个印记可以推导出超弦的质量、振荡次数和耦合常数。虽然证据是边缘的，这可能是自然界中超弦的第一次观察。
2017-11-17 astro-ph.CO
Cosmological Implications of Gauged $U(1)_{B-L}$ on $ΔN_{\rm eff}$ in the CMB and BBN
本文研究了源自规范 U(1)_{B-L} 的轻玻色子 X 通过冻结产生对 CMB 和 BBN 中 ΔN_eff 的影响，发现该规范对称性受 ΔN_eff 约束比以往更强，且未来 CMB 观测可探索新的参数空间。
2024-04-29 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational-Wave Stochastic Background from Kinks and Cusps on Cosmic Strings
计算了宇宙弦环上的扭结对引力波随机背景的贡献，发现扭结对引力波随机背景的贡献与尖点的贡献是同量级的。讨论了扭结和尖点对当前和计划中的引力波探测器，以及对大爆炸核合成（BBN）、宇宙微波背景（CMB）、和脉冲星时间限制。与尖点的情况一样，我们发现来自干涉测量引力波探测器（例如LIGO）的当前数据对宇宙弦模型的参数空间区域敏感，该模型与脉冲星、BBN和CMB边界的参数空间区域互补。
2010-04-14 astro-ph.CO hep-th
Constraints on a Bianchi type I spacetime extension of the standard $Λ$CDM model
我们认为最简单的各向异性推广，作为一个修正，标准的$Λ$ CDM模型，通过取代空间平坦的罗伯逊-沃克度规的比安奇I型度量，这带来了一个新的术语$Ω_{σ0}a^{-6}$（模仿刚性流体）的平均膨胀率$H(a)$的宇宙。从哈勃和万神殿的数据，有关的晚期宇宙（$z\lesssim 2.4$），我们得到的约束$Ω_{\sigma0}\lesssim10^{-3}$，在模型无关的约束。当包括重子声学振荡和宇宙微波背景（CMB）数据时，约束改善了12个数量级，即，$Ω_{\sigma0}\lesssim10^{-15}$。我们发现，这种约束既不能改变物质辐射等性红移，也不能改变物质微扰的峰值。在要求膨胀各向异性对标准大爆炸核合成（BBN）没有显著影响的条件下，我们找到了约束$Ω_{\sigma0}\lesssim10^{-23}$ .我们明确地表明，从BBN的约束使膨胀各向异性无关，使一个显着的变化，在CMB四极温度，而从宇宙学数据在我们的模型中的约束提供的温度变化高达$\sim11\, \rm mK$，虽然它是远远超过CMB四极温度。
2019-07-24 astro-ph.CO gr-qc
LINX: A Fast, Differentiable, and Extensible Big Bang Nucleosynthesis Package
New York University（纽约大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）；Boston University（波士顿大学）；University of Chicago（芝加哥大学）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
LINX是一种基于JAX的可微分大爆炸核合成代码，可快速进行参数估计，并支持与CMB功率谱模拟器联合分析。
2025-11-27 astro-ph.CO hep-ph
Big-Bang Nucleosynthesis After Planck
我们根据最终的普朗克数据发布和其他最近的发展，并在未来的测量预期大爆炸核合成（BBN）的状态进行评估。普朗克数据将宇宙重子密度固定在0.9%的精度，并确定氦丰度和中微子的有效数，其精度分别接近天文和BBN测量。此外，新的高红移测量使D/H比理论预测更精确，新的Li/H数据再次证实了锂问题。我们提出了新的${}^{7}{\rm Be}(n,p){}^{7}{\rm Li}$率使用新的中子捕获测量，我们还研究了拟议的变化的影响，$d(p,γ){}^{3}{\rm He}$率。利用这些结果，我们进行了一系列的可能性分析。我们评估BBN/CMB的一致性，注意我们的结果如何取决于普朗克数据的选择，以及结果如何取决于非BBN，非普朗克数据集的选择。最重要的是，锂问题仍然存在，而且在D/H观测约束非常严格的情况下确实更加严重;新的中子俘获数据揭示了系统性，这在一定程度上增加了不确定性，因此稍微减少了问题，但基本上没有改变问题。我们证实，$d(p,γ){}^{3}{\rm He}$理论速率带来D/H的协议，并略有增加7锂，需要在BBN能量的新的实验数据。把锂的问题放在一边，我们发现BBN的中微子种类的有效数是$N_ν= 2.86 \pm 0.15$。未来的CMB第4阶段测量有望在BBN参数方面取得实质性的改进：氦丰度的测定将与最好的天文测定相竞争，而$N_{\rm eff}$将接近能够检测原始等离…
2019-12-03 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
