宇宙大尺度结构和中微子质量

Neutrino masses and hierarchy are important unsolved problems in modern physics. In cosmology, we use the effects of neutrino mass on cosmic evolution history and large scale structure (LSS) to constrain their mass. Based on our recently developed simulation tools and newly discovered neutrino effects on LSS, we propose to systematically study the differential neutrino condensation effect and neutrino torque effect, by developing our codes, running simulations and data analysis. In particular, in a set of high resolution cosmological LSS simulations, we plan to study the degeneracies of various cosmological parameters and neutrino mass on these two neutrino effects. This enables us to optimally construct measurements and observables and to give error estimations in constraining the neutrino mass in future galaxy surveys in these effects. It opens independent paths to the neutrino mass detection by cosmological methods.

中微子质量和质量排序是现代物理学待解决的重要课题。在宇宙学领域，我们通过中微子质量对宇宙演化历史和大尺度结构的影响来限制中微子质量。在本申请项目中，我们基于已有的数值模拟工具和最近发现的中微子对宇宙大尺度结构的新效应，通过程序开发、模拟运行、数据分析，深入研究中微子的偏袒凝聚效应（differential neutrino condensation）和潮汐扭矩效应（neutrino torque）。我们计划通过系统的高精度宇宙学数值模拟深入研究不同宇宙学参数与中微子质量在这两种效应中的简并性，并优化构建可测量量和可观测量，给出未来星系巡天中这些效应可给出的中微子质量限制的误差。为通过宇宙学探测中微子质量的方法开辟新的道路。

宇宙大尺度结构产生于宇宙的原初扰动，利用其可以研究宇宙学参数和物理学参数，包括中微子质量。中微子质量是重要的物理学问题，本项目通过宇宙大尺度结构的研究探寻解决中微子质量等问题的方法。通过本项目的研究，实现了新型宇宙学中微子模拟的方法，利用一系列数值模拟研究，发现了中微子质量对宇宙大尺度结构的影响，并衡量了如何利用下一代星系巡天进行测量。研究发现，中微子不仅影响大尺度结构的密度场，还可通过潮汐扭矩效应影响角动量场。通过星系角动量的观测可提供额外的限制中微子质量和各宇宙学参数的方法。