Testing the fundamental physical properties of relic neutrinos using cosmological data
Authors:   , Rivera Alexander Bonila 
Published: December 2024

Nesta tese, investigamos as restrições observacionais no fundo de neutrinos cósmicos (CNB) dado pelo cenário estendido Λ CDM (Λ CDM +Nef f + P mν + c 2 ef f + c 2 vis + ξν), usando os últimos dados observacionais de Planck CMB (espectro de potência de temperatura, baixa polarização e reconstrução de lentes), oscilações acústicas bariônicas (BAOs), o novo valor local recente da constante de Hubble do Telescópio Espacial Hubble (HST) e informações da abundância de aglomerados de galáxias (GCs). Nós estudamos as restrições no background do CNB usando dados CMB + BAO + HST com e sem os dados de GC. Encontramos ∆Nef f = 0, 614 ± 0, 26 com um nível de confiança de 68 por cento quando os dados de GC são adicionados na análise. Não encontramos desvio significativo para a velocidade do som no quadro de repouso CNB. Também analisamos o caso particular Λ CDM +Nef f + P mν + ξν com os dados observacionais. Nesse cenário, encontramos ∆Nef f = 0, 60 ± 0, 28 a um nível de confiança de 68 por cento. Em ambos os cenários, não foram encontrados desvios médios para o parâmetro de degenerescência. Por outro lado, consideramos uma assimetria cosmológica leptônica na forma de neutrinos e impomos novas sensibilidades esperadas sobre tal assimetria através do parâmetro de degenerescência (ξν) usando alguns configurações futuras do experimento CMB, como CORE e CMB-S4. Tomando o cenário padrão com três estados de neutrino, encontramos ξµ = 0, 05 ± 0, 10 (± 0, 04), de CORE (CMB-S4) em 95 por cento CL, respectivamente. Além disso, dentro deste cenário, avaliamos a escala de massa dos neutrinos, obtendo que o esquema de massa da hierarquia normal é privilegiado. Nossos resultados são uma atualização sobre a assimetria cosmológica leptônica e a escala de massa de neutrino neste contexto, a partir da qual pode trazer uma perspectiva sobre a hipótese nula para ξν (e seus efeitos em ∆Nef f ), onde talvez, ξν pode assumir um valor não nulo de até 95 por cento CL de experiências futuras, como CMB-S4. Finalmente, consideramos a possibilidade de testar novas partículas leves termalizadas e também restringir possíveis interações de nova física de neutrinos de Dirac. Muitos modelos de neutrinos de Dirac que visam abordar a estabilidade de Dirac, a pequenez das massas de neutrinos ou a assimetria matéria-antimatéria do nosso Universo conferem os parceiros de quiralidade destros νR com interações adicionais que podem termalizá-los, como é o caso dos bósons Z’ ultraleves. Discutimos modelos bem motivados para U(1)B−L, através da medida do número efetivo de graus de liberdade relativísticos no Universo primitivo, Nef f . Consideramos uma extensão do modelo padrão de cosmologia, tipo ΛCDM + Σmν + M 0 z , onde M 0 z é a massa do bóson Z’. Usando diferentes testes observacionais, descobrimos que P mν < 0.32 eV, Mz 0 < 17.2 GeV and meff ν,sterile < 0.47 eV, que está dentro dos limites de estudos anteriores, incluindo os resultados de 2018 da colaboração Planck. Além disso, comparamos a sensibilidade do SPT-3G, Observatório Simons e CMB-S4 a outros experimentos, em particular o LHC.