Sensibilidade das pesquisas CMB de próxima geração a neutrinos e outras relíquias leves

Neutrinos e outras relíquias de luz deixam impressões características nas anisotropias cósmicas de fundo em micro-ondas, tornando a sua observação uma sonda sensível do conteúdo de partículas e da história térmica do universo primitivo. A densidade de energia nessas espécies relativísticas é parametrizada pelo seu número efetivo $N_\mathrm{eff}$.

Medir este parâmetro no nível percentual, que é um objetivo científico de longa data do CMB-S4 e de outros experimentos, testaria uma ampla gama de físicos bem motivados dentro e além do Modelo Padrão da física de partículas. Neste artigo, apresentamos previsões da matriz de Fisher da sensibilidade projetada a $N_\mathrm{eff}$ de várias configurações de levantamento CMB-S4 consideradas durante sua extensa fase de projeto.

O projeto conceitual atinge $σ(N_\mathrm{eff}) < 0, 03$ durante seu período de observação de sete anos, enquanto a configuração revisada atinge a mesma precisão em uma escala de tempo mais longa. Complementamos esses resultados com uma pesquisa limitada pela variância cósmica na mesma faixa multipolar para quantificar o espaço para melhorias acessíveis com esforços instrumentais, observacionais e teóricos adicionais.

Finalmente, discutimos as amplas implicações de medições precisas de $N_\mathrm{eff}$ para o setor de radiação, nucleossíntese do big bang, relíquias térmicas leves e outras físicas do universo primitivo. As previsões apresentadas neste trabalho são realizadas com a ferramenta DRAFT (Dark Radiation Anisotropy Flowdown Team), lançada publicamente.

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