宇宙中微子背景辐射

✍ dations ◷ 2025-06-07 14:03:36 #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

  • 红河雷德河(英语:Red River),也译作“红河”,是密西西比河下游西岸的主要支流之一。雷德河发源于得克萨斯州西北部地区,有两支主要源头,合流后向东流去,成为得克萨斯和俄克拉何马州的边
  • 大规模监控2001年–2007年–与英国政府通信总部合作项目非持续进行项目美国的大规模监控可以追溯到第一次世界大战的战时监控与审查制度(英语:Censorship_in_the_United_States#Wartime_
  • 双嘧达莫双嘧达莫(Dipyridamole,中华药典名:二吡待摩,商品名潘生丁Persantine),是一种扩张冠状动脉及抗血栓形成的药物。主要用于缺血性心脏病及中风,也少量用于其他疾病的治疗。在心肌灌注
  • 单一制单一制是一种国家结构形式,指中央政府拥有所有政治权力,与复合制相对,现在世界上大多数国家都采用单一制。大多数实行单一制的国家都会成立地区行政区域及地方政府,来协助管理地
  • 东征朝鲜汉灭朝鲜之战是一场由汉帝国对卫满朝鲜在公元前109年至前108年发动的战争,战争以汉朝胜利,古朝鲜灭亡告终。战争起因为卫满朝鲜国王卫右渠阻止朝鲜半岛南方的辰国前往汉朝与汉
  • 森山松之助森山松之助(1869年7月15日-1949年4月2日),日本大阪市出身的建筑师,活跃于日本时代的台湾,师承辰野金吾。台湾总督府营缮课技师任内设计监造许多官厅建筑,著名者包括台湾总督府、台
  • 南澳大利亚州南澳大利亚(英语:South Australia,缩写为SA),简称南澳,位于澳大利亚中南部,与澳大利亚大陆的其余四州及北领地接壤,是澳大利亚联邦的一州,其下划分为69个地方政府区域。南澳大利亚南
  • 机械化部队机械化步兵是现代陆军中的一个步兵兵种,是指搭乘步兵战车或装甲输送车机动的步兵。机械化步兵是在第二次世界大战期间,由德国在闪电战理论指导下开创的一个兵种。纳粹德国陆军
  • 儒学四配颜回 · 孟子 · 曾参 · 孔伋日本藤原惺窝 · 林罗山 · 室鸠巢新井白石 · 雨森芳洲朝鲜薛聪 · 权近 · 吉再 · 安珦 · 李穑李滉 · 王仁 · 李齐贤 
  • 洞房圆房,也作成房、完房,是指两人结婚后第一次性行为,多指婚礼当天夫妻没有即时入洞房,而是结婚后一段时间才发生性行为的情况。在一些西方国家的传统中,婚姻一直要到圆房后才有约束