Fondo cósmico de neutrinos

Fondo cósmico de neutrinos

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El Fondo Cósmico de Neutrinos, en inglés Cosmic Neutrino Background, (CNB) es la radiación de fonde de partículas compuesta por neutrinos.

Como el CMB, el CNB es una reliquia del Big Bang y mientras que las fechas del CMB son desde que el Universo tenía 300000 años, el CNB se formó de la materia de cuando el Universo tenía 2 segundos. Se estima que el CNB tiene una temperaturan de 1.9 K o menos. Los neutrinos son notoriamente difíciles de detectar y debido a que estas partículas son demasiado frías, el CNB nunca puede ser observado directamente.

Obtención de la temperatura del CNB

Dada la temperatura del CMB, la temperatura del CNB puede ser estimada. Antes que los neutrinos se desacoplaran del resto de la materia, el Universo consistía principalmente de neutrinos, electrones, positrones y fotones, todos en equilibrio termodinámico los unos con los otros. Una vez que la temperatura disminuyó las masas de los bosones W y Z, los neutrinos se desacoplaron del resto de la materia. En este momento, los neutrinos y los fotones seguían teniendo la misma temperatura. Cuando la temperatura disminuyó la masa de los electrones, muchos electrones y positrones se aniquilaron, transfiriendo su calor y entropía a los fotones. Así que la relación de la temperatura de los fotones antes y después de la aniquilación electrón-positrón es la misma que la relación de la temperatura de los fotones y los neutrinos hoy. Para hallar esta relación, asumimos que la entropía del Universo se convervó aproximadamente por la aniquilación electrón-positrón. Entonces utilizando

$\sigma \propto gT^3$,

donde σ es la entropía, g es el número efectivp de grados de libertad y T es la temperatura, hallamos que

$\left(\frac{g_0}{g_1}\right)^{1/3} = \frac{T_1}{T_0}$,

donde el subíndice 0 denota que antes de la aniquilación electrón-positrón y 1 denota después. Para calcular g₀, añadimos los grados de libertad para electrones, positrones y fotones:

• 2 para fotones, ya que son bosones sin masa.
• 2 grados de (7/8) cada uno para electrones y positrones, ya que son fermiones

g₁ es de sólo 2 para fotones. Así que

$\frac{T_\nu}{T_\gamma} = \left(\frac{4}{11}\right)^{1/3}$.

Dado el valor actual de T_γ = 2.73K, se obtiene que $T_\nu \approx 1.9 \rm K$.

La discusión anterior es válidad para neutrinos sin masa, que son siempre relativistas. Si los neutrinos tienen una masa residual positiva, se convierten en no relativistas cuando la energía térmica 3 / 2kT_ν cae por debajo de la masa-energía en reposo m_νc². La materia no relativista se enfría más deprisa que la relativista según se expande el Universo. Los cálculos precisos, si la entropías de cada fermión permanece constante, dada por la temperatura actual de los neutrinos $T_\nu \approx 1.6 \cdot 10^{-4} \left(m_\nu / 1 \rm eV \right)^{-1} \rm K$.

Véase tembién

Astronomía Big Bang Cosmología física Corrimiento al rojo Cronología del Big Bang Cronología de la cosmología Destino último del Universo Edad del universo Inflación cósmica Radiación de fondo de microondas

Cosmología Observacional Ecuaciones de Friedmann Energía oscura Métrica FLRW Ley de Hubble Materia oscura Métrica de Expansión del Universo Modelo Lambda-CDM Nucleosíntesis primordial

CoBE Estructura a gran escala del universo BOOMERanG Forma del Universo Formación estructural Formación y evolución de galaxias SDSS WMAP 2dF

Einstein Friedman Gamow Hubble Investigadores en cosmología Mather Penzias Smoot Wilson

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