基于气球载CMB测量对再电离光深的限制

我们评估了一个名义上称为Tau Surveyor ($\tau S$)的气球载实验在给定仪器噪声和前景辐射现实约束下测量再电离光深$\sigma(\tau)$的不确定性。使用$\tau S$基准设计，其在150至380 GHz间有六个频带，具有7 $\mu$K arcmin的白均匀图噪声（可通过单次中纬度飞行实现），并包含Planck的30和44 GHz数据，我们评估了三种前景模型下以及天空覆盖率$f_{\rm sky}$在40%至54%之间时的误差$\sigma(\tau)$。我们使用参数化和盲前景分离技术进行分析。我们将$\sigma(\tau)$值与仅具有四个和最多八个频带、频率覆盖分别较窄和较宽的低频与高频版本实验$\tau S$-lf和$\tau S$-hf所得值进行比较。我们发现，$\tau S$的最低限制为$\sigma(\tau)=0.0034$，由$f_{\rm sky}$=54%时的一种前景模型获得。对于较小的天空覆盖率、$\tau S$-lf或作为前景模型的函数，$\sigma(\tau)$更大，某些情况下超过2倍。$\tau S$-hf配置未带来显著更紧的限制。排除提供同步辐射信息的30和44 GHz数据会导致显著的$\tau$误估计。在保持$f_{\rm sky}$=40%的同时将噪声雄心勃勃地降低10倍，得到$\sigma(\tau)=0.0031$。$\sigma(\tau)=0.0034$、DESI的BAO数据与未来CMB-S3/S4实验的CMB B模透镜数据的组合可给出$\sigma(\sum m_{\nu}) = 17$ meV。