中微子对宇宙大尺度结构的非线性效应

中微子的特性是现代物理学的重大问题之一。在粒子物理标准模型中有三类中微子，中微子振荡实验测量出不同中微子的质量平方差，表明中微子的质量总和不为零，并给出了中微子质量和的下限：0.05 eV。中微子质量对宇宙演化有着复杂的影响。在宇宙早期，中微子为相对论性粒子，作为辐射能量密度，从而改变了物质辐射的能量密度比。基于此效应，宇宙微波背景辐射（CMB）的观测给出了中微子质量总和的上限：0.2 eV。中微子在宇宙膨胀过程中逐渐变为非相对论性粒子，由辐射能量密度转为物质能量密度。由于在宇宙晚期（现在时刻），中微子的速度弥散（热运动速度）仍明显高于冷暗物质和重子物质，其这种特有的热运动速度使其显著地不易受引力影响而坍缩成团，从而压低小尺度的总物质功率谱。基于此效应，当今和未来的星系巡天计划（如Euclid、LSST、DESI、PFS等）都计划给出更好的中微子质量总和的上限。论文“Differential neutrino condensation onto cosmicstructure”利用计算机数值模拟方法发现了中微子对宇宙大尺度结构的新效应，使得我们有望在未来的星系巡天中利用中微子和暗物质的密度差来限制中微子的质量。