宇宙中微子背景辐射

✍ dations ◷ 2025-11-04 11:14:15 #物理宇宙学,宇宙背景辐射

宇宙中微子背景辐射是由大爆炸产生的中微子构成的背景辐射。与宇宙微波背景辐射类似,它们都是大爆炸的余晖。这些中微子有时又称作“残留中微子”。

宇宙微波背景辐射始于宇宙诞生后379,000年,而宇宙中微子背景辐射则起始于宇宙诞生后2秒钟。据估计,宇宙中微子背景辐射的温度大概为7000195000000000000♠1.95 K;每立方厘米宇宙空间就有大约300个残留中微子存在,但因为低能量中微子和正常物质仅有极其微弱的相互作用,宇宙中微子背景辐射极难检测,也许永远无法直接观测。但是有大量间接证据表明,宇宙中微子背景辐射的确存在。

宇宙微波背景辐射的温度已经由实验测定。宇宙中微子背景辐射的温度可以通过理论估计。在中微子同其他物质解耦之前,宇宙主要由中微子、电子、正电子和光子构成,并处于热平衡状态。当温度降低到大约6987400544121750000♠2.5 MeV时,中微子同其他物质发生分离。这时中微子和光子还处在同一温度。当温度进一步下降到电子的质量时,绝大多数电子和正电子发生湮灭,释放出巨大的能量。光子在吸收了这些能量和熵后温度升高。如果我们假设宇宙的熵在电子-正电子湮灭后保持不变,那么光子在电子-正电子湮灭之前和之后的温度比就是今天光子和中微子的温度比。因为

这里的是宇宙的熵,是粒子的有效自由度,是温度。所以

和分别代表电子-正电子湮灭前、后的温度。电子-正电子湮灭后的宇宙温度,即宇宙微波背景辐射的温度。由粒子本身决定:

对光子来说,=2。所以

宇宙微波背景辐射的温度等于7000272500000000000♠2.725 K。所以我们得出宇宙中微子背景辐射的温度约等于7000195000000000000♠1.95 K。

上述讨论仅适用于零静止质量的中微子。

现在发现中微子有三种不同“风味”:电中微子(符号为   ν e {\displaystyle \ \nu _{e}} ≃ 7000304600000000000♠3.046。 因为决定了太初核合成中某些轻元素的丰度,这个量可以用实验决定。通过对宇宙中核素4
He和2
D的观测得出 = 7000314000000000000♠3.14+0.70
−0.65(置信区间=68%)。 这个结果同标准模型得到的理论值相当接近。

宇宙微波背景辐射与中微子背景辐射存在微妙的相互作用。因此,通过观测宇宙微波背景辐射,亦可得到有效中微子类型数量。这为标准理论的预测提供了一个极佳的第三方佐证。通过分析威尔金森微波各向异性探测器五年来的数据、Ia型超新星积累的数据以及对重子声学震荡的研究得出 = 7000434000000000000♠4.34+0.88
−0.86(置信区间=68%)。更灵敏的普朗克探测器有可能会在此基础上将误差降低一个量级。

相关

  • 安德鲁·斯丁普森安德鲁·斯廷普森(英语:Andrew Stimpson,1980年-),英国苏格兰出生,他是被确认感染人类免疫缺陷病毒十七个月后,测试结果呈阴性反应的英国男子。虽然过往在非洲曾经有受感染者成功击
  • 月经禁忌月经(英语:menstruation, period, monthly,古代叫做癸水,俗称姨妈到、好朋友、大姨妈、来M等),是指女性血液或黏膜定期从子宫内膜经阴道排出体外的现象。高达80%女性曾表示在月经
  • 维克托·安布罗斯维克托·安布罗斯(英语:Victor Ambros,1953年12月1日-),美国发育生物学家。他发现了第一个已知的微RNA。他是美国马萨诸塞州伍斯特市马萨诸塞大学医学院教授。2008年曾获拉斯克基
  • 厄贝沙坦厄贝沙坦(CADN,INN:Irbesartan,发音为/ɜrbəˈsɑrtən/)是一种血管紧张素II受体拮抗剂,主要用于高血压的治疗,在中国已被列入国家基本药物目录。厄贝沙坦由赛诺菲公司(现为赛诺菲-
  • 加拿大 U15 大学联盟U15是一个由15间加拿大顶尖研究型大学所组成的一个组织。第二次世界大战后,尤以麦基尔大学,多伦多大学为首的加拿大大学在学术界取得巨大的进步。1991年,经过多年积累后的加拿
  • CGI GroupCGI集团(CGI Group Inc.) 是一家总部位于加拿大蒙特利尔的跨国公司,业务涉及IT咨询和外包服务及其相关产业。2012年以27亿加元的价格收购英国IT服务公司Logica,因此成为世界第五
  • 交还给日本冲绳返还(日语:沖縄返還/おきなわへんかん Okinawa Henkan),又称冲绳政权移交,指的是1972年5月15日美国放弃琉球(冲绳县)的治理权(含行政、立法、司法等权),并移交日本以上权力。地理
  • 台北高等行政法院台北高等行政法院,是中华民国的二级法院之一,属于行政法院,以最高行政法院为上级审法院。1930年代初,《行政诉讼法》及相关组织法公布施行。1933年正式成立行政法院,当时的行政诉
  • Agsub2/subCsub2/subOsub4/sub在实验岩石学中,草酸银(Ag2C2O4)广泛用于向实验添加二氧化碳(CO2),因为在地质条件中,它会分解为银和二氧化碳。 加热、撞击或摩擦时会爆炸。
  • 罢市罢市意即停止市场的运作,通常是商人为了某种要求而联合起来停止营业,让对方妥协以达到其目的,许多是为了表达社会不公,自身的权利受到损害。其目的在表达个人身之不公,属于表达示