sora aoi9a: Kosmischer Neutrino-Hintergrund

Der kosmische Neutrino-Hintergrund ( CNB ^[1]) ist die aus Neutrinos bestehende Hintergrundteilchenstrahlung des Universums. Sie sind manchmal als Reliktneutrinos bekannt.

Die CNB ist ein Relikt des Urknalls; Während die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (CNB) vor 379.000 Jahren entstand, entkoppelte sich die CNB von der Materie, als das Universum nur eine Sekunde alt war. Es wird geschätzt, dass die CNB heute eine Temperatur von ungefähr 7000195000000000000 1945 1,95 K hat.

Da Neutrinos selten mit Materie interagieren, existieren diese Neutrinos noch heute. Sie haben eine sehr niedrige Energie, um 10 ^-4 bis 10 ^-6 eV. ^[1] Sogar hochenergetische Neutrinos sind bekanntermaßen schwer zu erkennen und die CνB besitzt Energien um 10 ⁻¹⁰ mal kleiner, so dass das C B B möglicherweise nicht viele Jahre lang direkt beobachtet wird. ^[1] Die Urknall-Kosmologie trifft jedoch viele Vorhersagen über das C B B, und es gibt sehr starke indirekte Beweise dass der CνB existiert. ^[1]

Ableitung der CνB-Temperatur [ edit ]

Angesichts der Temperatur des CMB kann die Temperatur des CB geschätzt werden. Vor der Entkopplung der Neutrinos vom Rest der Materie bestand das Universum hauptsächlich aus Neutrinos, Elektronen, Positronen und Photonen, die sich alle im thermischen Gleichgewicht befanden. Nachdem die Temperatur auf etwa 6987400544121750000 gefallen war 2,5 MeV entkoppelten sich die Neutrinos vom Rest der Materie. Trotz dieser Entkopplung blieben Neutrinos und Photonen auf der gleichen Temperatur wie das Universum. Wenn jedoch die Temperatur unter die Masse des Elektrons abfiel, zerstörten die meisten Elektronen und Positronen ihre Wärme und Entropie auf Photonen und erhöhten so die Temperatur der Photonen. Das Verhältnis der Temperatur der Photonen vor und nach der Elektronen-Positron-Vernichtung ist also dasselbe wie das Verhältnis der Temperatur der Neutrinos und der heutigen Photonen. Um dieses Verhältnis zu finden, nehmen wir an, dass die Entropie des Universums durch die Elektron-Positron-Vernichtung annähernd konserviert wurde. Dann mit

{displaystyle sigma propto gT^{3},}

wobei σ die Entropie ist, g der effektive Freiheitsgrad und T die Temperatur ist , wir glauben, dass

{ displaystyle left ({ frac {g_ {0}} {g_ {1}}} right) ^ { frac {1} {3}} = { frac {T_ {1}} {T_ {0}}},}

wobei T ₀ die Temperatur vor der Elektron-Positron-Vernichtung bezeichnet und T ₁ bezeichnet nach. Der Faktor g ₀ wird durch die Teilchenart bestimmt:

2 für Photonen, da es sich um masselose Bosonen handelt ^[2]

2 × (7/8) für Elektronen und Positronen, da es sich um Fermionen handelt. ^[2]

g ₁ ist nur 2 für Photonen. So

{displaystyle {frac {T_{nu }}{T_{gamma }}}=left({frac {2}{2+2times 7/8+2times 7/8}}right)^{frac {1}{3}}=left({frac {4}{11}}right)^{frac {1}{3}}.}

Angesichts des aktuellen Wertes von T _γ = 7000272500000000000 1945 2.725 K [3] daraus folgt, dass T _ν 19 7000195000000000000 ♠ 1.95 K .

Die obige Diskussion gilt für masslose Neutrinos, die immer relativistisch sind. Für Neutrinos mit einer Ruhemasse ungleich Null ist die Beschreibung in Bezug auf eine Temperatur nicht mehr angemessen, nachdem sie nicht relativistisch sind; d.h. wenn ihre thermische Energie 3/2 kT _ν unter die Ruhemassenergie fällt m _ν c ². Stattdessen sollte man in diesem Fall eher ihre Energiedichte verfolgen, die klar definiert bleibt.

Indirekter Beweis für die CnB [ edit ]

Relativistische Neutrinos tragen zur Strahlungsenergiedichte des Universums bei _Rtypischerweise in Ausdrücken parametrisiert der effektiven Anzahl von Neutrino-Arten N _ν:

{displaystyle rho _{R}={frac {pi ^{2}}{15}}T_{gamma }^{4}(1+z)^{4}left[1+{frac {7}{8}}N_{nu }left({frac {4}{11}}right)^{frac {4}{3}}right],}

sora aoi9a

Thứ Bảy, 23 tháng 2, 2019

Kosmischer Neutrino-Hintergrund - Wikipedia

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Indirekter Beweis für die CnB [ edit ]

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