轻量非热 sterile neutrino 的宇宙学约束

尽管 MiniBooNE 实验已严格限制了轻量 sterile neutrino 存在的可能性，但振荡数据中仍存在一些异常，且额外轻量粒子作为次主导热（或温）成分贡献的可能性仍引人关注。在许多模型中，这种粒子在早期宇宙中处于热平衡状态，并与 active neutrino 具有相同的温度，但情况并非一定如此。在本工作中，我们使用包含质量通常在 0.1 - 10 eV 范围内的轻遗迹的扩展 LambdaCDM 模型来拟合最新的宇宙学数据。首先，我们给出了关于它们当前密度和速度弥散的几近与模型无关的约束；其次，假设它们由早期退耦的热遗迹或非共振产生的 sterile neutrino 组成，我们给出了关于它们质量的约束。我们的结果可用于约束大多数由粒子物理驱动的、包含三个 active neutrino 和一个额外轻量粒子的模型。例如，我们发现，在 $3\sigma$ 置信水平下，质量为 $m_s = 2$ eV 的 sterile neutrino 只要满足热分布 $(T_s/T_\nu) < 0.8$，或非共振产生且 $(\Delta N_{\mathrm{eff}}) < 0.5$，即可与数据相容。当质量增加时，这些界限变得显著更紧。对于 $m_s < 0.9$ eV 且在相同置信水平下，数据仍与标准热化中微子相容。