暗轴子门户的宇宙学窗口

轴子与暗光子在许多标准模型扩展中十分常见。暗轴子门户——轴子与暗光子及光子的耦合——可显著改变它们的现象学。我们基于宇宙微波背景（CMB）对暗辐射能量密度$\Delta N_\text{eff}$的限制，研究了暗轴子门户的宇宙学约束。通过计算轴子-光子-暗光子碰撞项并求解包含其效应的玻尔兹曼方程，我们发现轻轴子通常受$\Delta N_\text{eff}$的约束比超新星冷却或对撞机实验更严格。然而，当暗光子处于MeV尺度时，在超新星极限之上与实验排除之下会打开一个参数空间窗口，允许轴子衰变常数低至$f_a \sim 10^4$ GeV。该区域还间接改变了中微子能量密度，从而放宽了中微子质量之和的宇宙学上限。未来的CMB测量可能探测到信号或关闭这一暗轴子门户的开放窗口。