大中微子质量宇宙学中的宇宙背景中微子探测

宇宙背景中微子（CNB）是标准宇宙学模型的确定预言，其直接发现将成为宇宙学与中微子物理学的里程碑。本工作中，我们考虑在氚靶上俘获遗迹中微子作为探测 CNB 的可能途径，这正是 PTOLEMY 项目所瞄准的目标。该测量的关键参数为绝对中微子质量 $m_\nu$ 与本地中微子数密度 $n_\nu^{\rm loc}$。在 $\Lambda$CDM 模型内，宇宙学给出中微子质量之和的严格上限 $\sum m_\nu < 0.12\,{\rm eV}$，且 DESI 与 EUCLID 的星系巡天预计很快会进一步收紧。这使得实验室中 CNB 探测与中微子质量测量的前景极为困难。在此背景下，我们考虑一组允许大中微子质量（$m_\nu \sim 1\,{\rm eV}$）、可能处于 KATRIN 中微子质量实验或即将开展的无中微子双贝塔衰变搜寻可达范围的非标准宇宙学模型。我们表明，其中部分模型的 CNB 探测前景可能远高于 $\Lambda$CDM 中的情形，并讨论了此类探测区分宇宙学情景的潜力。此外，我们给出了一条简单规则，用于估算类 PTOLEMY 实验覆盖 $(m_\nu,\, n_\nu^{\rm loc})$ 参数空间中某区域所需的能量分辨率、曝光量与本底率。随本文我们公开发布了一款用于计算给定宇宙学模型中 CNB 灵敏度的代码。