自相互作用中微子、哈勃参数张力与宇宙微波背景

我们利用宇宙微波背景(CMB)与重子声学振荡数据，对非负标准中微子自相互作用的宇宙学约束进行了全面研究。我们考虑了不同的中微子自相互作用情形，其区分在于允许参与自相互作用的中微子态比例，以及相对论能量密度 N$_{\textrm{eff}}$ 被允许变化的方式。具体而言，我们研究了以下情形：所有中微子态均自相互作用且 N$_{\textrm{eff}}$ 变化；两个味自由流动（我们证明这缓解了与实验室约束的张力），而额外相互作用态中的能量变化；以及可变比例的中微子自相互作用，其总 N$_{\textrm{eff}}$ 固定为标准模型值或允许变化。在任何情形下，我们均未发现支持新中微子相互作用或 N$_{\textrm{eff}}$ 非负标准值的确凿证据。在若干情形下，我们发现中微子退耦发生在较低红移 $z_{\textrm{dec}} \sim 10^{3-4}$ 的额外模式。我们仔细分析了新中微子自相互作用是否能解决或缓解所谓的 $H_0$ 张力，发现当纳入全部 Planck 2018 CMB 温度与偏振数据后，这些例子中没有一个比允许由自由流动粒子构成的可变 N$_{\textrm{eff}}$ 更能缓解该张力。尽管我们聚焦于中微子相互作用，这些约束适用于任意轻遗迹粒子。