宇宙中微子背景辐射

✍ dations ◷ 2025-11-11 10:59:57 #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

  • 腹泻腹泻(俗称拉肚子,广东俗称肚痾,台语俗称漏屎,中医称之为泄泻,英语:diarrhea, diarrhœa来自希腊语:διάρροια,包含两个字根:“διά /dia,经过”,以及“ῥέω/rheo,流动”)的定
  • 夸休可尔症夸休可尔症(英语:Kwashiorkor),即恶性营养不良,又称蛋白質缺乏症,台湾亦称作红孩儿症,是一种营养不良症,其致病原因尚有争议,目前普遍认为是由于蛋白质摄入不足而导致。此病症通常发
  • 赫尔德约翰·戈特弗里德·赫尔德(德语:Johann Gottfried Herder,姓或译赫德;1744年8月25日-1803年12月18日),德国哲学家、路德派神学家、诗人。其作品《论语言的起源》(德语:Abhandlung üb
  • 蚜科蚜科(学名:Aphididae)是蚜总科下的一个大型科,也称“常蚜科 ”,其下包含数千种蚜虫。其下的许多物种,例如桃蚜,都被人类当做危害极大的农业害虫。蚜虫的生物最早出现在1亿年前的白
  • William Oughtred威廉·奥特雷德(英语:William Oughtred,1574年3月5日-1660年6月30日),英格兰数学家,圣公会牧师。在约翰·纳皮尔发明对数,埃德蒙·冈特创立了对数坐标之后,奥特雷德于1622年发明了滑
  • 撒母耳·艾利托塞缪尔·安东尼·阿利托(1950年4月1日-),现任美国最高法院大法官。2006年1月31日被乔治·沃克·布什任命为最高法院大法官。阿利托曾就读于普林斯顿大学及耶鲁大学法学院,1990年
  • 一氯化碘一氯化碘(分子式:ICl)是一种互卤化物,为一种红棕色的化合物,其熔点接近室温。因为碘与氯电负度的差异,一氯化碘的极性很高,可当作是I+的来源。制备一氯化碘的方式,是直接将两种卤素
  • 太阳周期太阳周期,或是太阳磁场活动周期是太阳的各种现象,包括太空天气后面的动态引擎和能量来源。通过氢磁流体发电机的程序供给的能量,诱导太阳内部的流动,形成太阳周期。太阳周期是在
  • 大卫·罗伊大卫·罗伊(David Lowe)是一位英国当代作曲家。他主要致力于电视音乐领域。他的主要作品包括BBC新闻节目的主题音乐(BBC countdown)。英国的许多其他电视节目也使用他创作的音乐
  • 安邦再也安邦(马来语:Ampang,也称安邦再也(Ampang Jaya)),是马来西亚雪兰莪州东北部的一个城市也是一个巫金,隶属于安邦市议会。其面积为143.5平方公里,人口于2010年为126,285。该市北临士