大爆炸核合成期间重中性轻子的扩展分析
高能物理 - 唯象学
2020-12-09 v3 宇宙学与河外天体物理
摘要
重中性轻子（HNLs）因能同时解释观测到的暗物质、中微子振荡和宇宙重子不对称性现象而受到理论的强烈推动。此类粒子的存在将影响宇宙的膨胀历史和轻元素原初丰度的合成。在这项工作中，我们回顾、修正并扩展了质量高达1 GeV的HNLs在大爆炸核合成（BBN）时期的现象学。这一点至关重要，因为BBN能够为即将到来和拟议中的实验室实验提供互补的限制。为此，我们开发了一个高精度玻尔兹曼代码，模拟存在HNLs时的BBN，并考虑了所有相关的HNL衰变道，以及衰变产物的后续相互作用（热化和衰变簇射）、QCD相变引起的稀释、活性中微子振荡和对弱反应率的修正。我们对质量范围内的HNLs寿命和混合角给出了稳健的限制，并表明BBN能够将HNL寿命限制到低至秒，具体取决于混合模式。此外，将我们的结果与当前的实验搜寻相结合，我们可以排除纯与电子中微子混合的HNLs高达450 MeV，以及纯与μ子中微子混合的HNLs高达360 MeV，在这两种情况下寿命至少可达几十秒。最后，我们将BBN约束与从宇宙微波背景观测中获得的约束进行了比较，并探讨了我们的结果将如何通过一系列即将到来和拟议中的实验室实验得到改进。
引用
@article{arxiv.2006.07387,
title = {An Extended Analysis of Heavy Neutral Leptons during Big Bang Nucleosynthesis},
author = {Nashwan Sabti and Andrii Magalich and Anastasiia Filimonova},
journal= {arXiv preprint arXiv:2006.07387},
year = {2020}
}
备注
66 pages, 17 figures, 10 tables - v3: journal version