Probing the neutrino sector through Cosmic Microwave Background observations

Neutrino interactions beyond the standard model of particle physics are an open field both from theoretical and experimental point of view. In this thesis we present how non- standard neutrino properties can be constrained using cosmological observations and in particular cosmic microwave background data like those of the Planck satellites. We will consider the possibility that neutrinos possess secret scalar or pseudoscalar interactions mediated by the Nambu-Goldstone boson of a still unknown spontaneously broken global U (1) symmetry, as in, e.g., Majoron models or that secret contact interactions among eV sterile neutrinos, mediated by a massive gauge boson X (with M X M W ) exist. We will present constraints on the interaction strength and on the neutrino mass allowed by cosmological data alone or in combination with astrophysical observations and we will discuss the feasibility of the considered models.

Le interazioni tra neutrini oltre il modello standard della fisica delle particelle sono un campo aperto sia dal punto di vista teorico che sperimentale. In questa tesi presentiamo come le proprietà non standard dei neutrini possano essere vincolate usando le osservazioni cosmologiche e in particolare i dati della radiazione di fondo cosmica, come i dati di Planck. Considereremo la possibilità che i neutrini posseggano interazioni segrete scalari o pseudoscalari mediate da un bosone Nambu-Goldstone di una simmetria globale spontaneamente rotta U (1) ancora sconosciuta, come ad esempio i modelli che includono i Majoroni oppure quelle interazioni segrete di contatto tra neutrini sterili leggeri (∼ 1 eV), mediati da un bosone di gauge massivo X (con M X M W ). Presenteremo vincoli sulla forza di interazione e sulla massa di neutrini consentita dai dati cosmologici o in combinazione con osservazioni astrofisiche, infine discuteremo la fattibilità dei modelli considerati.