带轻质右手中微子的 $Z^\prime$ 模型的改进宇宙学限制

我们改进了对带有轻质右手中微子的标准模型（SM）$Z^\prime$ 扩展的限制。轻质右手中微子在早期宇宙中可通过共享的规范相互作用与其他 SM 费米子相互作用，从而产生。我们利用有效中微子种数 $\Delta N_\text{eff}$ 的超额来设定限制。我们的基准模型是最小的 gauged $U(1)_{B-L}$，该模型常作为其他模型的构建模块出现，我们讨论了对更一般 $U(1)$ 扩展的适用性。我们设计了一种改进的蒙特卡洛积分方案，便于实现具有最小化简假设的通用积分布尔赫斯方程。我们详细阐述了数值实现细节以供将来参考。利用新的 ACT DR6 限制 $\Delta N_\text{eff}<0.17$，我们在 $1\mathrm{\,GeV} < m_{Z^\prime} < 100\mathrm{\,TeV}$ 范围内显著提高了 $Z^\prime$ 规范耦合的限制，找到了目前为止最强的限制，甚至超过当前和未来的粒子对撞机，并探讨了未来 CMB 实验测试 $U(1)$ 扩展至 GUT 尺度的潜力。我们对标准和非标准热力学历史下宇宙学限制的鲁棒性进行了详细分析，发现强一级相变、早期暗能量或早期物质占主导可能稀释 $\nu_R$ 丰度至难以检测。我们研究了再加热对 $\nu_R$- genesis 的影响，并提供结果和方法论，可将我们的限制应用于非标准热力学历史。对于再加热 $T_\text{reh}\ll m_{Z^\prime}$ 的情况，限制通常会被削弱。我们的结果表明，投影 $Z^\prime$ Dirac 中微子的限制只能在非标准热力学历史下才能实现，从而将包括暗物质候选者或 Dirac 型自发辐射的选项限定为唯一可能。