利用宇宙学观测探究中微子化学势

电子中微子的简并参数 $\xi_{\nu_\mathrm{e}} = \mu_{\nu_\mathrm{e}} / T$ 受到大爆炸核合成（BBN）的严格限制，而其他中微子物种的简并参数 $\xi_{\nu_\mathrm{x}}$ 仅受宇宙学观测的微弱限制。在本文中，我们将假设 $\xi_{\nu_\mathrm{e}}$ 和 $\xi_{\nu_\mathrm{x}}$ 在宇宙学历史中为常数自由参数，或为红移相关量，分别计算它们的最新界限。在后一种情况下，我们采用基于分段三次埃尔米特插值多项式（PCHIP）形式体系的模型无关重构方法，其包含四个节点，位于 $z\simeq$ 10、100、1000 和 $10^8$。我们还将考虑中微子的两种情形，具体为三种简并中微子（$\xi_{\nu_\mathrm{e}}$ = $\xi_{\nu_\mathrm{x}}$）以及我们实际上区分 $\xi_{\nu_\mathrm{e}}$ 和 $\xi_{\nu_\mathrm{x}}$ 的情形。我们结合来自 Planck、SPT 和 ACT 的 CMB 数据以及来自 DESI 的 BAO 测量进行宇宙学分析，展示了包含来自 EMPRESS 结果（允许非零化学势）或来自 LBT 观测（与标准 $\xi_\nu$ = 0 预测相容）的 BBN 观测量所带来的影响。我们明确表明，BBN 数据通过改变中子-质子互转化率，主要限制了 $\xi_{\nu_\mathrm{e}}$；对于该参数，我们在非简并中微子情形下的 BBN 时期观测到在 $95\%$ 置信水平上偏好一个非零正值。由于哈勃常数通过 $N_{\rm eff}$ 与 $\xi_{\nu}$ 相关，这些模型允许更大的 $H_0$ 值，使其成为检验非标准物理模型的极具吸引力的场景。