CMB时N_eff < 3的条件是什么？

大多数扩展标准模型都会以增益方式影响有效相对性夸克物种数量($N_{\rm eff}$)，即通过添加一些轻微状态来贡献暗辐射。在本工作中，我们考虑恰恰相反的情况：导致$N_{\rm eff} < 3$的新物理情形，同时满足所有已知宇宙学、天文物理和实验室数据的约束。我们受到了三个主要原因的激励：1) 来自ACT和SPT与Planck组合的最近测量给出$N_{\rm eff} = 2.81\pm0.12$，2) 对原始氦丰度的新型强大测量将$N_{\rm eff}$锚定在大约一个秒后接近标准模型值，3) Simons Observatory的部署将提供精确的宇宙辐射内容测试，可能以高显著性检测$N_{\rm eff}<3$的宇宙学模型。我们调查了主要理论可能性，发现只有少数简单情形能 consistently 给出$N_{\rm eff}=2.81\pm0.12$。一类由质量为m$\sim 8\!-\!13{\rm MeV}$的热电子继弗构成。另一类由静止状态粒子衰变到$e^+e^-$或$\gamma\gamma$，需要特定的寿命$0.05{\rm s}\lesssim \tau \lesssim 3{\rm min}$，质量$250{\rm MeV}\lesssim m \lesssim 600{\rm MeV}$，以及在衰变时浓度$\rho/\rho_\gamma\sim 0.1$。热电子继弗尤其有趣，因为它们可以解释宇宙中的暗物质，并且可以在SENSEI、DAMIC-M和Oscura等实验中进行测试，其向可见介质的界面在NA64和LDMX等实验中也可以被测试。我们得出结论，如果Simons Observatory确认$N_{\rm eff} \simeq 2.8$，这将指向非常具体的标准模型扩展。