重新审视不可见中微子衰变的宇宙学约束

不可见中微子衰变模式在实验室实验中难以探测，当前来自太阳中微子和大气中微子振荡实验的此类衰变界限相对较弱。人们早已知道宇宙学可作为不可见中微子衰变的强有力探针。本工作中，我们表明为使大爆炸核合成成功，不可见中微子衰变寿命在 95% CL 下被限制为 $\tau_\nu > 10^{-3}\,\text{s}$。我们重新审视宇宙微波背景对不可见中微子衰变的约束，并利用 Planck2018 观测发现如下中微子寿命界限：$\tau_\nu > (1.3-0.3)\times 10^{9}\,\text{s} \, \left({m_\nu}/{ 0.05\,\text{eV} }\right)^3$ 于 $95\%$ CL。我们表明该界限对宇宙学模型的修改具有稳健性，尤其独立于暗辐射的存在。我们发现与 $\Lambda$CDM 相比，相关于超新星观测的寿命（$\tau_\nu \sim 10^{5}\,\text{s}\, \left({m_\nu}/{ 0.05\,\text{eV} }\right)^3$）在最新 Planck CMB 观测下被排斥超过 $5\,\sigma$。最后，我们表明当纳入高-$\ell$ Planck 偏振数据时，中微子寿命 $\tau_\nu = (2-16)\times 10^{9}\,\text{s} \, \left({m_\nu}/{ 0.05\,\text{eV} }\right)^3$ 相对于中微子稳定情形被轻微偏好——具有 1-2 $\sigma$ 的显著性。