具有极轻 $L_\mu - L_\tau$ 规范玻色子的宇宙学

在本文中，我们详细探讨了标准模型的一个阿贝尔 $L_\mu-L_\tau$ 规范扩展的宇宙学含义，该扩展具有一个轻且弱耦合的 $Z'$。这样一种情形源于长期存在的、约 $4\sigma$ 的缪子反常磁矩 $(g-2)_\mu$ 测量值与理论预测值之间的偏差，以及哈勃常数的晚期与早期测定之间的张力。如果足够轻，$Z'$ 粒子群将衰变到中微子，增加辐射的总能量密度并改变早期宇宙的膨胀历史。我们确定了该模型中两个可显著缓解哈勃张力的不同参数空间区域。第一个是先前已确认的区域，其中约 $10-20$ MeV 的 $Z'$ 在早期宇宙中达到平衡然后衰变，加热中微子群体并延迟中微子退耦过程。对于 $g_{\mu-\tau} \simeq (3-8) \times 10^{-4}$ 的耦合，此类粒子也能解释观测到的 $(g-2)_{\mu}$ 反常。在第二个区域中，$Z'$ 极轻（$m_{Z'} \sim 1\,\text{eV}$ 至 $\text{MeV}$）且极弱耦合（$g_{\mu-\tau} \sim 10^{-13}$ 至 $10^{-9}$）。在此情形下，$Z'$ 粒子群通过冻入产生，并在中微子退耦后衰变到中微子。在广阔的参空间区域中，我们预言了对辐射能量密度的贡献可明显缓解所报道的哈勃张力，$\Delta N_{\rm eff} \simeq 0.2$。