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
Hot New Early Dark Energy bridging cosmic gaps: Supercooled phase transition reconciles (stepped) dark radiation solutions to the Hubble tension with BBN
本研究提出基于暗希格斯一阶相变的热新型早期暗能量模型，通过复合前两次相对论自由度增加缓解哈勃张力，且符合BBN限制，还预言了可观测的引力波等信号。
2024-04-10 astro-ph.CO hep-ph
An Extended Analysis of Heavy Neutral Leptons during Big Bang Nucleosynthesis
重中性轻子（Heavy Neutral Lepton，HNL）由于能够同时解释暗物质、中微子振荡和重子不对称等现象而受到理论界的强烈关注。这种粒子的存在将影响宇宙的膨胀历史和轻元素原始丰度的合成。在这项工作中，我们审查，修订和扩展的现象学的HNL在大爆炸核合成（BBN）时代的质量高达1 GeV。这是非常重要的，因为BBN能够为即将到来的和拟议的实验室实验提供补充边界。为此，我们已经开发了一个高精度的玻尔兹曼代码，模拟BBN在HNL的存在下，并考虑到所有相关的HNL衰变通道，以及随后的相互作用的衰变产物（热化和衰变淋浴），稀释由于QCD相变，活跃的中微子振荡和纠正弱反应速率。我们提出了强大的边界上的HNL的质量$3\,\mathrm{MeV}\leq m_N \leq 1\,\mathrm{GeV}$的寿命和混合角，并表明BBN能够约束HNL的寿命下降到$0.03 - 0.05$ s，这取决于混合模式。此外，将我们的结果与当前的实验搜索相结合，我们可以排除纯粹与电子中微子混合的HNL高达${\sim}$ 450 MeV，以及纯粹与μ子中微子混合的HNL高达${\sim}$ 360 MeV，在这两种情况下，寿命至少为几十秒。最后，我们比较了BBN约束与从宇宙微波背景观测中获得的约束，并探讨了我们的结果将如何通过一些即将进行的和拟议的实验室实验来改进。
2020-11-25 astro-ph.CO hep-ph
Updated BBN Bounds on Hadronic Injection in the Early Universe: The Gravitino Problem
Universidade Federal do Rio Grande do Norte（北里奥格兰德联邦大学）；International Institute of Physics, Universidade Federal do Rio Grande do Norte（北里奥格兰德联邦大学国际物理研究所）；Millennium Institute for Subatomic Physics at the High-Energy Frontier (SAPHIR) of ANID（智利国家研究与创新发展局高能前沿亚原子物理学千年研究所）；Universita degli Studi di Messina（墨西拿大学）；INFN Sezione di Catania（意大利国家核物理研究所卡塔尼亚分部）；Universidad de La Serena（拉塞雷纳大学）
研究早期宇宙中长寿命粒子强子衰变对轻元素丰度的影响，结合最新测量根据粒子寿命限制其原始丰度，还将结果应用于引力子问题，设定再加热温度界限。
2026-07-29 astro-ph.CO hep-ph
Gravitino dark matter and the lithium primordial abundance within a pre-BBN modified expansion
我们提出了超对称的情况下，在一个非标准模型的宇宙学与暗组件在前BBN时代的引力子LSP和Stau NLSP。在宇宙学标准模型的背景下，引力子LSP引起了相当多的关注，因为它是暗物质的一个很好的候选者。它产生于膨胀后再加热时的散射过程和状态的衰变。由于寿命很长，Stau在大爆炸核合成过程中衰变。它受到轻元素丰度的强烈限制，但可以解决已知的“BBN锂问题”。它需要相当大的状态$\mstau \gtrsim 1 \unit{TeV}$，并对再加热温度$T_R \simeq 10^7\unit{GeV}$设定上限，这不满足热稀薄生成的要求。对于非标准宇宙学的情况下，再加热温度约束可以强烈放松$T_R\gg 10^9 \unit{GeV}$和锂-7的问题解决了一个典型的质量为$\mstau \sim 600-700 \unit{GeV}$和下到$\sim 400 \unit{GeV}$与一个非常重要的黑暗的组成部分，可以使可能的生产和检测在大型强子对撞机。
2011-03-23 astro-ph.CO hep-ph
Inquiry for the π^+ π^- bound state conversion in two π^0 as being due to the Weinberg pion-pion-interaction lagrangian
在本文中，我们研究了π^+ π^-束缚态的π介子衰变为两个π^0的过程，ππ-相互作用引起的跃迁由温伯格拉格朗日量描述。用这种ππ-拉格朗日量进行计算，π介子尺寸r_{0} -出现在允许范围内，并出现在最终结果中。束缚π^+π^-系统本身被假定是由于瞬时库仑相互作用，并被一致地处理为非相对论性的，使用了贝特-索尔彼得方程。在计算过程中，保留了精细结构常数α中的最低阶项和项\sim \ln（r_{0}）。所得到的π介子寿命τ被认为与未来可能的实验数据是一致的。结果对有效拉格朗日参数的依赖性是可视化的。所进行的研究使我们相信，真正的π相互作用的整个形式决定了π介子的寿命，而不仅仅是ππ散射长度。对π介子衰变的研究促进了各种ππ相互作用描述的有效性。
1998-05-19 hep-ph
Gravitino Dark Matter and Light Element Adundances
我们讨论的情况下，引力子是最轻的超对称粒子和长寿命的次轻粒子（NSP）是中性伴子或斯陶，带电的伙伴的τ轻子。在这种情况下，Staus与几个核形成束缚态，通过提高核速率来影响Li 6和Li 7的宇宙学丰度，否则会受到强烈抑制。我们认为，这些增强率的影响，最终产生的大爆炸核合成（BBN），包括注入电磁和强子能量的BBN期间和之后的丰度。结果表明，当Stau寿命大于10^3-10^4 s时，Li_6和Li_7的丰度将远远超过观测值所允许的范围。对于1000 s量级的较短寿命，似乎Stau束缚态效应可以从标准BBN值降低Li 7丰度，同时提高Li 6丰度，产生两个锂丰度与其平台值匹配的区域。
2007-10-28 hep-ph
Upper Limits on the Peccei-Quinn Scale and on the Reheating Temperature in Axino Dark Matter Scenarios
考虑长寿命带电slepton的轴ino冷暗物质情形，研究了暗物质密度和大爆炸核合成（BBN）对Peccei-Quinn标度fa和再加热温度TR的约束.对于与大尺度结构相容的轴子质量，m_axino \gtrsim 100 keV，当f_a > 3 × 10^12 GeV时，温度高于10^9 GeV是可行的。我们计算了强子轴子模型中的slepton寿命。在主要衰变模式被双回路抑制的情况下，该寿命可以足够大以允许导致锂-6和铍-9的催化BBN的原始束缚态。这意味着f_a和T_R的新上限取决于大型强子对撞机将要探测的量。
2009-08-21 astro-ph.CO hep-ph
Heavy neutral leptons beyond the BBN bound: probing the lepton asymmetry of the Universe
Tohoku University（东北大学）；The University of Tokyo（东京大学）；CERN（欧洲核子研究中心）；Instituto de Física Teórica UAM-CSIC（马德里自治大学-西班牙高等科学研究所理论物理研究所）
本研究提出大轻子味不对称场景，使重中性轻子规避BBN限制，开辟新参数空间，SHiP或可探测，结合BBN与CMB可确定原初味不对称的剩余方向。
2026-11-13 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
Constraining MeV to 10 GeV majoron by Big Bang Nucleosynthesis
本文研究质量在 MeV 至 10 GeV、主要衰变为中微子的 majoron 所受的大爆炸核合成约束，发现氘丰度给出最强限制，并排除了能解释观测 7Li 丰度的参数范围。
2024-07-01 hep-ph nucl-th
New Bounds on Heavy QCD Axions from Big Bang Nucleosynthesis
Institute for Basic Science (IBS)（韩国基础科学研究院）；Center for Theoretical Physics of the Universe, Institute for Basic Science (IBS)（韩国基础科学研究院宇宙理论物理中心）；Florida State University（佛罗里达州立大学）；High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构）
研究利用大爆炸核合成对重QCD轴子寿命设定了严格上限，结合强子衰变影响，提出更精确的约束。
2026-10-21 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Bound-State Effects on Light-Element Abundances in Gravitino Dark Matter Scenarios
如果引力子是最轻的超对称粒子，而寿命最长的次轻粒子（NSP）是τ轻子的带电伙伴，那么它可能是亚稳态的，并与几个核形成束缚态。这些束缚态可能会影响Li 6和Li 7的宇宙学丰度，通过提高核速率，否则将被强烈抑制。我们认为，这些增强率的影响，最终产生的大爆炸核合成（BBN），包括注入电磁和强子能量的BBN期间和之后的丰度。我们计算了中性伴子和Stau NSP的主要两体和三体衰变，并使用PYTHIA事件发生器和级联方程模型的电磁和强子衰变产物。一般来说，束缚态的引入使轻元素丰度进一步偏离其观测值;然而，对于参数空间的小区域，束缚态效应可以使锂丰度特别与观测值更好地一致。我们发现，在寿命大于10^3-10^4 s的NSP状态的区域，Li 6和Li 7的丰度远远超过观测所允许的丰度。对于较短的寿命为1000秒，我们评论的可能性，在最小的超对称和超重力模型，Stau衰变可以减少锂7丰度从标准BBN值，而在同一时间提高锂6丰度。
2006-08-26 astro-ph hep-ph
Revisiting Big-Bang Nucleosynthesis Constraints on Long-Lived Decaying Particles
我们研究了大爆炸核合成（BBN）时期衰变的长寿命大质量粒子对轻元素原始丰度的影响。与以前的研究相比，（i）更新了标准BBN反应的反应速率，（ii）使用了最新的轻元素丰度和宇宙学参数观测数据，（iii）考虑了高能核子与背景核非弹性散射时的相互转换效应，（iv）高能反核子引起的强子簇射效应。我们比较了最新的观测约束的轻元素的原始丰度的理论预测，并推导出作为其寿命的函数的衰变粒子的遗迹丰度的上界。我们还将我们的分析应用到不稳定的引力子，超对称理论中引力子的超伙伴，并得到膨胀后的再加热温度的约束。
2018-12-03 astro-ph.CO hep-ph
Big Bang Nucleosynthesis with Long Lived Charged Massive Particles
我们考虑大爆炸核合成（BBN）与长寿命的带电大质量粒子。在衰变之前，长寿命的带电粒子与轻元素复合，形成像氢原子那样的束缚态。这种效应通过改变库仑场和捕获的轻元素的运动学来改变BBN时期的核反应速率，这可以改变轻元素丰度。重核丰度如$^7$ Li和$^7$ Be可能大幅度降低，而比值$Y_p$、D/H和$^3$ He/H保持不变。这可能解决目前BBN预测与观测到的$^7$ Li丰度之间的差异。如果未来的对撞机实验在探测器内部发现了长寿命带电粒子的信号，那么它的寿命和衰变特性的信息不仅可以为理解粒子物理模型提供见解，还可以反过来理解早期宇宙中的现象。
2007-09-18 astro-ph hep-ph
Hadronic Decay of Late-Decaying Particles and Big-Bang Nucleosynthesis
我们研究了寿命大于$\sim 1$ sec的晚期衰变奇异粒子的大爆炸核合成（BBN）方案。在早期宇宙中有一个晚期衰变的粒子，标准BBN情景的预测可能会发生重大变化。因此，我们推导出其原始丰度的限制。我们特别注意这种粒子的强子衰变模式。我们看到D，${\rm ^{3}He}$和${\rm ^6Li}$的非热产生过程提供了一个严格的强子分支比的晚衰变粒子原始丰度的上限。
2004-06-17 astro-ph hep-ph
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
BSM with Cosmic Strings: Heavy, up to EeV mass, Unstable Particles
远高于TeV量级的不稳定重粒子在实验上是无法获得的。到目前为止，大爆炸核合成（BBN）对它们的质量和寿命提供了最强的限制，后者短于0.1秒。我们展示了这些限制如何可能被下一代引力波（GW）干涉仪极大地改善，延长到寿命短至$10^{-16}$秒。关键在于，这些粒子可能主导了宇宙的能量密度，并在早期引发了一段物质主导的时期，直到它们在BBN之前衰变。与通常假设的单辐射时代相比，由此产生的修改后的宇宙学历史将在原始起源的随机引力波背景中留下可观测的签名。特别是，我们将展示如何检测持久的源，如宇宙弦产生的GW光谱将提供一个独特的探测粒子物理参数。当应用于早期宇宙中的特定粒子产生机制时，这些GW光谱可以用来推导标准模型的许多UV扩展的新约束。我们举例说明这几个例子，如超对称模型的标量模量和引力子的质量尺度可以限制到$10^{10}$ GeV。进一步的边界可以得到的再加热温度的模型，只有引力相互作用的粒子，以及重暗光子的动力学混合在$10^{-18}$的水平。
2020-06-11 astro-ph.CO hep-ph
Early Dark Energy During Big Bang Nucleosynthesis
研究大爆炸核合成期间早期暗能量对元素丰度和有效相对论自由度的影响，利用CMB观测限制EDE模型参数，并探讨其能否缓解近期原初氦丰度测量的张力。
2024-11-14 astro-ph.CO hep-ph
Big-Bang Nucleosynthesis and Hadronic Decay of Long-Lived Massive Particles
我们研究了长寿命奇异粒子X的大爆炸核合成。如果X的寿命长于\sim 0.1秒，它的衰变可能会在BBN期间或之后引起非热核反应，改变标准BBN情景的预测。我们特别注意它的强子衰变模式，并计算了轻元素的原始丰度。利用这个结果，我们导出了X的原始丰度的约束条件。与以往的研究相比，我们在以下几个方面作了改进：用JETSET 7.4蒙特卡罗事件发生器计算X衰变产生的强子谱，考虑到热浴中原子核能量损失过程的细节，研究了强子簇射的演化;我们利用最新的观测约束对轻元素的原始丰度进行了估计，为了估计不确定性，我们进行了包括截面和转移能量的实验误差的蒙特卡罗模拟。我们将看到D、He 3、He 4和Li 6的非热产生为晚期衰变粒子的原始丰度提供了严格的上限，特别是当X的强子分支比很大时。将所得结果应用于引力子问题，得到了暴胀后再加热温度的上界。
2005-03-02 astro-ph hep-ph
Radiative corrections of order O(alpha E_e/m_N) to Sirlin's radiative corrections of order O(alpha/pi) to neutron lifetime
我们计算了O（α E_e/m_N）级辐射修正，作为Sirlin对中子寿命的O（α/π）级辐射修正的大核子质量展开的次一级修正。在具有手征SU（2）xSU（2）对称性的线性σ模型（LsM）描述的低能强π介子-核子相互作用和标准电弱模型（SEM）中具有SU（2）_LxU（1）_Y对称性的电子-轻子族的电弱强子-强子、强子-轻子和轻子-轻子相互作用的量子场论模型中进行了计算.这样一个量子场论模型是标准模型（SM）的某种强子化版本。从单光子交换的Feynman图的规范不变集，我们再现了Sirlin的O（α/π）阶辐射修正，计算了大核子质量展开中的首阶辐射修正，并计算了次首阶辐射修正O（α E_e/m_N）。这证实了Sirlin提出的辐射修正O（α E_e/m_N）的置信水平。LsM的贡献取在标量等熵σ介子质量无限大的范围内。在这样的限制下，LsM再现了当前代数的结果（Weinberg，Phys. Rev. Lett. { \bf 18}，188（1967））的形式的介子-核子相互作用的有效手征拉格朗日手征SU（2）xSU（2）对称性的非线性实现。在这样的极限下，L $σ$ M也等价于Gasser-Leutwyler的手征量子场论或手征微扰理论（ChPT），具有手征SU（2）xSU（2）对称性和π介子场的指数参数化（Ecker，Prog.部分Nucl. Phys. { \bf 35}，1（1…
2021-09-13 hep-ex hep-ph nucl-ex
