Consequences of neutrino self-interactions for weak decoupling and big bang nucleosynthesis
Consequences of neutrino self-interactions for weak decoupling and big bang nucleosynthesis
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中微子自相互作用对弱解耦和大爆炸核合成的影响
DOI：
10.1088/1475-7516/2020/07/001
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发表时间：
2020
影响因子：
6.4
通讯作者：
Sen, Manibrata
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Grohs, E.;Fuller, George M.;Sen, Manibrata
我们计算并讨论了中微子自相互作用对早期宇宙弱退耦和大爆炸核合成（BBN）物理的影响。在标准模型的中微子扇形扩展中，中微子可能不会自由流动，但可以保持彼此的热耦合。然而，中微子与早期宇宙中的光子、电子-正电子和重子成分之间的能量和熵交换，只能通过普通的弱相互作用进行。我们研究了中微子自相互作用对原始氦和氘丰度和N eff的影响，N eff是光子退耦时相对论能量密度的一种度量。这些量是在弱解耦时期的物理学中确定的，或者可能受其影响。自相互作用中微子已经被用来解决一些异常，包括作为改善哈勃参数紧张的可能手段。我们的计算表明，令人惊讶的微妙的变化BBN伴随着这些中微子自相互作用的计划。这种微小的信号需要高精度的测量，使得氘在这里探索的模型中成为BBN约束的最佳丰度。
We calculate and discuss the implications of neutrino self-interactions for the physics of weak decoupling and big bang nucleosynthesis (BBN) in the early universe. In such neutrino-sector extensions of the standard model, neutrinos may not free-stream, yet can stay thermally coupled to one another. Nevertheless, the neutrinos exchange energy and entropy with the photon, electron-positron, and baryon component of the early universe only through the ordinary weak interaction. We examine the effects of neutrino self-interaction for the primordial helium and deuterium abundances and N eff, a measure of relativistic energy density at photon decoupling. These quantities are determined in, or may be influenced by, the physics in the weak decoupling epoch. Self-interacting neutrinos have been invoked to address a number of anomalies, including as a possible means of ameliorating tension in the Hubble parameter. Our calculations show that surprisingly subtle changes in BBN accompany some of these neutrino self-interaction schemes. Such minute signals require high-precision measurements, making deuterium the best abundance for BBN constraints in the models explored here.
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