自由流动中子及其在当前和未来CMB功率谱中的相位移

宇宙中子背景和其他轻类弦子留下了通过其引力影响在宇宙微波背景各向异性中的独特印记。由于中子在大爆炸约1秒后从原始等离子体中脱离，它们一直自由流动通过宇宙。这导致声波峰在多极术上的特征性相位移。本文通过建立两种互补的模板方法，稳健地推断这些相位移的大小，以约束这些相对论性物种和其他轻类弦子在标准模型之外的物理。一种模板方法在这些功率谱中移动多极术，而另一种 novel模板方法更根本地在基本光子-质子扰动层面隔离相位移。我们将这些方法应用于Planck数据，检测到中子引起的相位移约为$10\sigma$的显著性，随着来自Atacama Cosmology Telescope和South Pole Telescope的额外数据，显著性提升至约$14\sigma$。我们也推断数据与标准模型预测的三个自由流动中子一致。此外，我们预测未来实验的能力，这些实验将显著提高相位移测量精度，Simons Observatory和CMB-S4分别将$1\sigma$不确定性降至约4.3%和2.5%。更一般地，我们建立了一个用于中子和其他自由流动暗辐射相位移的新分析管道，该管道还为探索标准模型之外的物理提供了新的途径，以一种以信件为驱动且不以模型为基础的方式。