大爆炸核合成后中微子混合产生的暗辐射

一个轻的（$m_{\nu d} \lesssim$ MeV）与标准模型中微子混合的暗费米子可通过振荡和散射与中微子自然达到平衡。在存在暗 sector 相互作用时，暗费米子的产生通常在 BBN 之上被抑制，但在更晚时期增强。在大部分参数空间中，我们发现即便混合角小至 $\theta_0 = 10^{-13}$，暗 sector 也会达到平衡，且平衡温度为 $T_{\rm equil} \simeq m_{\nu d} \left(\theta_0^2 M_{Pl}/ m_{\nu d} \right)^{1/5}$，该温度自然地至多比暗费米子质量高几个数量级。其含义有二：一、轻态通常仅受 CMB 和 LSS 约束而不在 BBN 上留下印记；二、在复合前达到平衡的 sector 通常在复合前也存在质量阈值。这可导致暗辐射从非相互作用突变为相互作用，或反之，即暗辐射量的“阶跃”，以及具有类似相互作用突变的暗物质，所有这些均可在 CMB 和 LSS 中留下重要信号，并可能与 $H_0$ 或 $S_8$ 等观测中的宇宙学张力相关。最小模型在即将开展实验的灵敏度之上对 CMB 留下明确印记。