轻子数破缺尺度的宇宙学夹心窗口

当重 Majorana 中微子通过全局 ${\rm U}(1)_L$ 对称性的自发破缺获得质量时，单态 majoron 可作为伪 Goldstone 玻色子从跷跷板框架中产生。由此产生的宇宙学影响通常从有效的 majoron-中微子相互作用推导，并且 majoron 丰度通过冻结流入的中微子合并而积累。然而，在最小设定中可以预言原初 majoron 丰度，并导致独特的宇宙学效应。在这项工作中，我们考虑来自相对论冻结出的这种原初 majoron 丰度，并计算对有效中微子数 $N_{\rm eff}$ 的修正。我们证明，$N_{\rm eff}$ 的测量将从原初 majoron 丰度出发以与中微子合并相反的方向约束参数空间。当来自原初丰度和冻结入产生的贡献共存时，${\rm U}(1)_L$-破缺尺度（跷跷板尺度）$f$ 将被推入一个“夹心窗口”。值得注意的是，对于质量低于 1 MeV 且高于 eV 尺度的 majoron，未来的 CMB-S4 实验将完全关闭 $f\in [1,10^5]~{\rm GeV}$ 的低尺度跷跷板窗口。我们强调，任何具有原初丰度且与 SM 粒子耦合的新轻粒子都可能导致类似的夹心窗口，并且这种普遍现象值得仔细研究。