宇宙中微子背景辐射
估计宇宙中微子背景辐射的温度
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 2.5MeV 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 σ 是宇宙的熵, g 是粒子的有效自由度, T 是温度。所以
T 0 和 T 1 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。 g 0 由粒子本身决定:
光子:g 0 =2,因为它们是玻色子。
电子:g 0 =2;正电子:g 0 =7/8。它们都是费米子。
对光子来说, g 1 =2。所以
宇宙微波背景辐射的温度 T γ 等于 2.725K 。 所以我们得出宇宙中微子背景辐射的温度 T ν 约等于 1.95K 。
上述讨论仅适用于零静止质量的中微子。
宇宙中微子背景辐射存在的间接证据
标准模型的预测和实际观测
现在发现中微子有三种不同“风味”:电中微子(符号为 ν ν --> e {\displaystyle \ \nu _{e}} )、μ中微子(符号为 ν ν --> μ μ --> {\displaystyle \ \nu _{\mu }} )和τ中微子(符号为 ν ν --> τ τ --> {\displaystyle \ \nu _{\tau }} )。标准模型理论预言有效中微子类型数量为 N ν ≃ 3.046 。 因为 N ν 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 N ν = 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的相互作用
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 N ν 。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 N ν = 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。
免责声明:以上内容版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。感谢每一位辛勤著写的作者,感谢每一位的分享。

- 有价值
- 一般般
- 没价值



24小时热门
推荐阅读



关于我们

APP下载

