8、热大爆炸宇宙学中的关键研究：暗物质、CMB、中微子质量与振荡

热大爆炸宇宙学中的关键研究：暗物质、CMB、中微子质量与振荡

1. 暗物质搜索

暗物质（DM）质量未知，对其搜索覆盖了从大质量弱相互作用粒子（WIMP）到低质量轴子样粒子的全质量范围。在WIMP低质量极限图中展示了质量约为0.5和6 MeV的情况。大型强子对撞机（LHC）实验排除了质量高达约1 - 2 TeV的超对称（SUSY）粒子的直接产生。近期LHC在13 TeV能量下记录的积分亮度超过100 fb⁻¹，典型的SUSY质量排除极限约为1 TeV。目前对暗物质的搜索呈现“全面推进”态势，假设其具有弱相互作用。暗光子质量的极限图显示了从MeV到10⁻¹⁷ eV的广泛质量范围限制，但目前仅有上限。

2. 宇宙微波背景（CMB）与“重子”

在核合成过程中，能量约为1 MeV时，由于光子熵较大，氦的结合能未达到，氦的丰度被估算。之后，在热大爆炸（HBB）中，流体继续演化，主要是光子，少量质子、氦核、电子和弱相互作用的中微子混合。随着宇宙进一步膨胀，光子冷却，当能量远低于氢的结合能（13.6 eV）时，稳定的氢形成。

当等离子体散射率Γγ < H时，光子脱离平衡，近似自由传播，此时CMB出现，平均光子能量约为0.26 eV，时间约为HBB后的400,000年。目前观测到的CMB是使用光所能观测到的最早时间，因为之前的带电等离子体是不透明的。如果能观测到原初中微子，其约MeV的弱相互作用尺度将打开一个新的视角，如同对氦核的观测。随着引力波探测的出现，“看到”早于CMB解耦时间的可能性也存在，但构建相关“天线”比探测双黑洞形成更困难。目前，CMB的光学光子是研究重点。

在理论上，广义相对论（GR）连续性方程可应用于电子，但为简化分析，采用了热