In this thesis we investigate the observational constraints on the cosmic neutrino background
(CNB) given by the extended ΛCDM scenario (ΛCDM +Nef f +
P
mν + c
2
ef f + c
2
vis + ξν)
using the latest observational data from Planck CMB (temperature power spectrum,
low-polarisation and lensing reconstruction), baryon acoustic oscillations (BAOs), the
new recent local value of the Hubble constant from Hubble Space Telescope (HST) and
information of the abundance of galaxy clusters (GCs). We study the constraints on the
CNB background using CMB + BAO + HST data with and without the GC data. We
find ∆Nef f = 0.614 ± 0.26 at 68 per cent confidence level when the GC data are added in
the analysis. We do not find significant deviation for sound speed in the CNB rest frame.
We also analyze the particular case ΛCDM +Nef f +
P
mν +ξν with the observational data.
Within this scenario, we find ∆Nef f = 0.60 ± 0.28 at 68 per cent confidence level. In both
the scenarios, no mean deviations are found for the degeneracy parameter. On the other
hand, We consider a cosmological lepton asymmetry in the form of neutrinos and impose
new expected sensitivities on such asymmetry through the degeneracy parameter (ξν) by
using some future CMB experiment configurations, such as CORE and CMB-S4. Taking
the default scenario with three neutrino states, we find ξµ = 0.05 ± 0.10 (± 0.04), from
CORE (CMB-S4) at 95 percent CL, respectively. Also, within this scenario, we evaluate the
neutrino mass scale, obtaining that the normal hierarchy mass scheme is privileged. Our
results are an update concerning on the cosmological lepton asymmetry and the neutrino
mass scale within this context, from which can bring a perspective on the null hypothesis for
ξν (and its effects on ∆Nef f ), where perhaps, ξν may take a non-null value up to 95 percent
CL from future experiments such as CMB-S4. Finally, we consider the possibility of testing
new thermalized light particles and also constraints possible new-physics interactions of
Dirac neutrinos. Many Dirac-neutrino models that aim to address the Dirac stability, the
smallness of neutrino masses, or the matter–anti-matter asymmetry of our Universe confer
the right-handed chirality partners νR with additional interactions that can thermalize
them, which is the case of ultralight Z’ bosons. We discuss well-motivated models for
νR interactions such as gauged U(1)B−L, through measure of the effective number of
relativistic degrees of freedom in the early Universe, Nef f . We consider an extension of
the standard model of cosmology, type ΛCDM + Σmν + M
0
z
, where M
0
z
is the mass of the
Z’ boson. Using different observational tests, we found that P
mν < 0.32 eV, Mz
0 < 17.2
GeV and meff
ν,sterile < 0.47 eV, which is within the limits of previous studies, including
the 2018 results of the Planck collaboration. Furthermore, we compare the sensitivity
of SPT-3G, Simons Observatory, and CMB-S4 to other experiments, in particular the LHC.Nesta tese, investigamos as restrições observacionais no fundo de neutrinos cósmicos (CNB)
dado pelo cenário estendido Λ CDM (Λ CDM +Nef f +
P
mν + c
2
ef f + c
2
vis + ξν), usando
os últimos dados observacionais de Planck CMB (espectro de potência de temperatura,
baixa polarização e reconstrução de lentes), oscilações acústicas bariônicas (BAOs), o
novo valor local recente da constante de Hubble do Telescópio Espacial Hubble (HST)
e informações da abundância de aglomerados de galáxias (GCs). Nós estudamos as
restrições no background do CNB usando dados CMB + BAO + HST com e sem os
dados de GC. Encontramos ∆Nef f = 0, 614 ± 0, 26 com um nível de confiança de 68
por cento quando os dados de GC são adicionados na análise. Não encontramos desvio
significativo para a velocidade do som no quadro de repouso CNB. Também analisamos o
caso particular Λ CDM +Nef f +
P
mν + ξν com os dados observacionais. Nesse cenário,
encontramos ∆Nef f = 0, 60 ± 0, 28 a um nível de confiança de 68 por cento. Em ambos
os cenários, não foram encontrados desvios médios para o parâmetro de degenerescência.
Por outro lado, consideramos uma assimetria cosmológica leptônica na forma de neutrinos
e impomos novas sensibilidades esperadas sobre tal assimetria através do parâmetro de
degenerescência (ξν) usando alguns configurações futuras do experimento CMB, como
CORE e CMB-S4. Tomando o cenário padrão com três estados de neutrino, encontramos
ξµ = 0, 05 ± 0, 10 (± 0, 04), de CORE (CMB-S4) em 95 por cento CL, respectivamente.
Além disso, dentro deste cenário, avaliamos a escala de massa dos neutrinos, obtendo
que o esquema de massa da hierarquia normal é privilegiado. Nossos resultados são uma
atualização sobre a assimetria cosmológica leptônica e a escala de massa de neutrino
neste contexto, a partir da qual pode trazer uma perspectiva sobre a hipótese nula para
ξν (e seus efeitos em ∆Nef f ), onde talvez, ξν pode assumir um valor não nulo de até
95 por cento CL de experiências futuras, como CMB-S4. Finalmente, consideramos a
possibilidade de testar novas partículas leves termalizadas e também restringir possíveis
interações de nova física de neutrinos de Dirac. Muitos modelos de neutrinos de Dirac que
visam abordar a estabilidade de Dirac, a pequenez das massas de neutrinos ou a assimetria
matéria-antimatéria do nosso Universo conferem os parceiros de quiralidade destros νR
com interações adicionais que podem termalizá-los, como é o caso dos bósons Z’ ultraleves.
Discutimos modelos bem motivados para U(1)B−L, através da medida do número efetivo de
graus de liberdade relativísticos no Universo primitivo, Nef f . Consideramos uma extensão
do modelo padrão de cosmologia, tipo ΛCDM + Σmν + M
0
z
, onde M
0
z
é a massa do bóson
Z’. Usando diferentes testes observacionais, descobrimos que P
mν < 0.32 eV, Mz
0 < 17.2
GeV and meff
ν,sterile < 0.47 eV, que está dentro dos limites de estudos anteriores, incluindo
os resultados de 2018 da colaboração Planck. Além disso, comparamos a sensibilidade do
SPT-3G, Observatório Simons e CMB-S4 a outros experimentos, em particular o LHC.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio