En lo que respecta a la teoría, el Fondo Cósmico de Neutrinos (CvB) se creó dentro del primer segundo después del Big Bang, cuando los neutrinos se desacoplaron de otra materia. Sin embargo, mientras el universo todavía estaba caliente, los neutrinos se mantuvieron en equilibrio térmico con los fotones. Los neutrinos y los fotones compartieron una temperatura común hasta que el universo se enfrió hasta un punto donde los electrones y los positrones se aniquilaron y transfirieron su temperatura a los fotones. Con la continua expansión del universo, tanto el fondo de fotones como el fondo de neutrinos continuaron enfriándose.
De estos supuestos se pueden derivar las propiedades del Fondo Cósmico de Neutrinos en la actualidad. Los cálculos no son particularmente largos ni difíciles, pero los omitiré aquí. Como resultado de estos cálculos, uno espera que el CvB tenga una temperatura de
[matemática] Tν = 1.95 K = 1.7⋅10−4 eV, [/ matemática]
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un impulso promedio de
[matemática] ⟨p⟩ = 5.314⋅10−4 eV, [/ matemática]
una dispersión de impulso cuadrático medio raíz de
[matemática] ⟨p2⟩ = 6.044⋅10−3 eV [/ matemática]
y una densidad de
[matemáticas] 112 ν / cm3 [/ matemáticas]
para cada uno de los tres sabores de neutrinos. Esta densidad es muchos órdenes de magnitud más abundante en ese rango de energía que los neutrinos de cualquier otra fuente. Este número se divide igualmente en neutrinos y antineutrinos.
Estas son predicciones bastante difíciles de la cosmología del Big Bang. Esto hace que el CvB sea tan importante: si pudiéramos medirlo, cualquier desviación de estos números citados anteriormente significaría que hay una falla grave y fundamental en nuestros modelos cosmológicos.
Sin embargo, hay que tener en cuenta que todos estos números se promedian en todo el universo. Como los neutrinos tienen una masa de reposo distinta de cero, la gravedad los afecta. No pueden agruparse como Dark Matter, porque aunque los neutrinos CvB son “lentos”, siguen siendo demasiado rápidos (muchos cientos de km / s) para formar grupos y, por lo tanto, no son candidatos viables para Dark Matter. Pero pueden formar gigantescos halos débilmente unidos alrededor de galaxias que van mucho más allá de los cúmulos de Dark Matter. Esto puede conducir a una mejora local de la densidad CvB debido a la atracción gravitacional de los neutrinos masivos hacia las estructuras a gran escala en el universo. Desafortunadamente, esta mejora de la densidad aún no se puede cuantificar, porque depende mucho de la masa absoluta de neutrinos, que todavía se desconoce en la actualidad. Para una masa de 0.1 [matemática] [/ matemática] eV, que asumió en su pregunta, probablemente no habría una mejora relevante de la densidad de los neutrinos CvB cerca de nuestra galaxia. Los neutrinos serían demasiado rápidos y simplemente fluirían fuera del potencial gravitacional. Si las masas de neutrinos resultan ser más grandes, por otro lado, el efecto de la gravedad puede volverse significativo y podrían ser posibles factores de mejora de la densidad de [math] ≈ [/ math] 100.
También habría un “viento de neutrinos CvB”. Al igual que el fondo cósmico de microondas, el fondo de neutrinos no se mueve junto con nuestro marco de referencia. Más bien, nuestra galaxia y la Tierra pasan a través de la gigantesca nube de neutrinos CvB, por lo que la distribución de neutrinos no nos parecería completamente isotrópica. Parecería un poco azul en una dirección y un poco rojo en la otra.
Sin embargo, me gustaría enfatizar que un posible experimento de detección de CvB probablemente no arrojaría mucha información sobre las propiedades del CvB. El único método factible concebido para detectar neutrinos CvB utiliza la decadencia [matemática] β [/ matemática] inducida por neutrinos de núcleos inestables. Este proceso nos proporciona principalmente una respuesta de sí / no sobre la existencia de los neutrinos de fondo cósmico. No nos dice nada sobre la temperatura del CvB. En principio, sería posible determinar la densidad (a través de la tasa) o incluso la anisotropía (a través de una modulación de tasa anular), pero dudo que podamos obtener algo mejor que el orden de magnitud correcto. Lo que se puede determinar a partir de la decadencia [matemática] β [/ matemática] inducida por neutrinos es la masa absoluta de neutrinos. Pero esta no es una propiedad específica del CvB y también se puede medir de otras maneras.
