利用当前和下一代CMB观测约束轻子遗迹的紫外冻结产生

宇宙学观测可以测量早期宇宙中产生的轻子遗迹丰度。大多数研究关注热冻结场景，然而，对于新轻自由度与标准模型等离子体耦合不够强以至于无法在早期宇宙中完全热化的模型，由冻结产生的轻子遗迹是普遍的。在紫外冻结产生场景中，与超出标准模型模型典型的非重整化相互作用相关的轻子遗迹产生率随温度增长快于哈勃率。因此，与标准模型相对较小的耦合可以通过当前和下一代宇宙微波背景实验来探测。我们研究了几个代表性的基准超出标准模型模型，例如通过Primakoff产生的轴子类粒子、无质量暗光子和轻右手征中微子。我们计算了先前未考虑的参数空间区域中对有效中微子种类数$\Delta N_{\rm eff}$的贡献，并讨论了CMB实验与其他探测手段相比的灵敏度。与冻结场景相反，紫外冻结产生的$\Delta N_{\rm eff}$更依赖于具体的超出标准模型物理模型和再加热温度。根据超出标准模型场景的细节，我们发现下一代CMB实验的灵敏度可以补充或超越当前天体物理、实验室或对撞机对标准模型与轻子遗迹耦合的约束。