利用大爆炸核合成扩展对中微子物理的 CMB 探测

我们提出的计算表明，即将进行的宇宙微波背景 (CMB) 实验将有能力改进当前对中微子质量的约束，并对中微子简并参数提供新的限制。后者可能超越由大爆炸核合成 (BBN) 和观测推断的原初氦丰度所导出的限制。这些结论源自我们的蒙特卡罗马尔可夫链 (MCMC) 模拟，该模拟结合了完整的 BBN 核反应网络。这为氦丰度、重子数、三个独立的中微子简并参数以及其他宇宙学参数提供了一致的处理。我们的分析重点关注引力透镜对 CMB 约束中微子静质量和简并参数的影响。我们发现，对于 PLANCK 实验，总（求和）中微子质量 $M_{\nu} > 0.29$ eV 可以在 $2\sigma$ 或更好的水平上被排除。同样，中微子简并参数 $\xi_{\nu_{e}} > 0.11$ 和 $| \xi_{\nu_{\mu/\tau}} | > 0.49$ 可以在 $2\sigma$ 置信度或更好的水平上被探测到或排除。对于 POLARBEAR，我们发现相应的可探测值为 $M_\nu > 0.75 {\rm eV}$、$\xi_{\nu_{e}} > 0.62$ 和 $| \xi_{\nu_{\mu/\tau}}| > 1.1$，而对于 EPIC，我们得到 $M_\nu > 0.20 {\rm eV}$、$\xi_{\nu_{e}} > 0.045$ 和 $|\xi_{\nu_{\mu/\tau}}| > 0.29$。我们对 EPIC 的预测表明，CMB 观测有潜力对中微子简并参数设定约束，该约束优于 BBN 导出的限制，且比当前 WMAP 导出的限制好一个数量级。