基于 BBN 与 CMB 对宇宙总轻子数极限的约束

在低于 QCD 相变温度时，宇宙中任何显著的轻子数只能存在于中微子部分。在本工作中，我们系统探讨了非零轻子数对大爆炸核合成（BBN）与宇宙微波背景辐射（CMB）的影响。基于我们近期发展的基于中微子密度矩阵动量平均量子动力学方程的框架，我们求解了完整的 BBN 反应网络以获得原初元素的丰度。我们发现，对于正常质量序（NH）和反质量序（IH），BBN 与 CMB 所允许的最大原初总轻子数 $L$ 分别为 $-0.12 \,(-0.10) \leq L \leq 0.13\,(0.12)$，而特定味道方向的约束可能更为严格。该界限与通过避免电弱相变中 sphaleron 过程导致重子过度产生所获得的限制互补，因为尽管在数值上较弱，但它适用于较低温度且是完全独立获得的。我们在 GitHub 上公开发布了 C++ 代码 COFLASY-C，用于数值求解中微子量子动力学方程的演化。