宇宙中微子背景辐射

✍ dations ◷ 2025-04-03 17:18:38 #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

  • 益康唑硝酸益康唑(英语:Econazole nitrate)是咪唑类抗真菌药物,被用来治疗足癣、花斑癣和股癣(Tinea cruris)等癣。 药膏商品《Picosone》含有这种物质。
  • 中枢神经中枢神经系统(英文:central nervous system,缩写:CNS)是神经系统中神经细胞集中的结构,在脊椎动物包括脑和脊髓;在高等无脊椎动物如环节动物和昆虫等,则主要包括腹神经索和一系列的
  • 月经生理月经(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
  • 芬那酸芬那酸(Fenamic acid),是一系列非类固醇消炎止痛药的基本组成分子,衍生的药物包括甲芬那酸、托芬那酸(英语:tolfenamic acid)、氟芬那酸(英语:flufenamic acid)及甲氯芬那酸(英语:meclof
  • 昂热城堡昂热城堡(Château d'Angers)是法国昂热的一座大型法式城堡。昂热城堡耸立在曼恩河畔的岩石上,由于它的战略防御位置,曾是罗马人居住的地点之一。在9世纪,堡垒属于强大的安茹伯爵
  • 爱因斯坦模型爱因斯坦模型是一种固体模型,基于三种假设::131-132第一个假设是相当准确的,而第二个假设则不是。如果原子真的不互相作用,那么声波就不会在固体内传播。原先的理论是由爱因斯坦
  • 偶氮类染料偶氮染料是含有一个或多个偶氮基(-N=N-)发色基的染料。是品种最多、应用最广的一类合成染料。冰染染料是偶氮染料是其中很重要的一类。
  • 角分辨光电子能谱学角分辨光电子能谱学 (Angle resolved photoemission spectroscopy,ARPES),是一种直接观测某固体里电子结构的方法,通常是利用极高的能量的光子,照射某固体,并且观察电子的散射,就可
  • 布洛赫费利克斯·布洛赫(德语:Felix Bloch,1905年10月23日-1983年9月10日),瑞士物理学家,1952年诺贝尔物理学奖获得者。1901年:伦琴 / 1902年:洛伦兹、塞曼 / 1903年:贝克勒、皮埃尔·居里
  • 无赖汉《无赖汉》(韩语:무뢰한;英语:The Shameless)是2015年5月上映的一部韩国黑色浪漫犯罪电影,由吴承旭执导,全道嬿和金南佶主演。讲述了刑警和他所追查杀人事件嫌疑犯的女人之间产生的