$U(1)$ 增强超对称模型中的轴子与中微子物理

受用于统一味物理与弦理论的味 Peccei-Quinn 对称性启发，我们引入一个 $U(1)$ 对称性构造了一个显式模型，使得 $U(1)_X$-$[gravity]^2$ 无反常条件与标准模型味结构共同要求额外的惰性中微子，且不存在轴子域壁问题。此类额外的惰性中微子通过一种新的 Affleck-Dine 轻子发生实现了重子生成。我们提供了 $U(1)_X$ 对称性可被解释为自然基本对称性的依据。该模型将解决天体粒子物理中相当新但快速增长的问题，包括中微子振荡中的轻子混合与 CP 破坏、高能中微子、QCD 轴子以及恒星的轴子冷却。QCD 轴子衰变常数通过其同恒星演化的天体物理约束和 SM 费米子质量的联系，被确定为 $F_A=1.30^{+0.66}_{-0.54}\times10^{9}$ GeV（相应地，其质量为 $m_a=4.34^{+3.37}_{-1.49}$ meV，轴子-光子耦合为 $|g_{a\gamma\gamma}|=1.30^{+1.01}_{-0.45}\times10^{-12}\,{\rm GeV}^{-1}$）。有趣的是，我们表明低能中微子振荡可能与天文尺度基线中微子振荡相联系。该模型预言了不可观测的无中微子双贝塔（$0\nu\beta\beta$）衰变率，以及轻子 Dirac CP 相（$\delta_{CP}$）与大气混合角（$\theta_{23}$）之间的显著关联模式；例如，对于正常质量排序的 $\theta_{23}=42.3^{\circ}$，$\delta_{CP}\simeq220^{\circ}-240^{\circ}$、$120^{\circ}-140^{\circ}$；对于倒置排序的 $\theta_{23}=49.5^{\circ}$，$\delta_{CP}\simeq283^{\circ},250^{\circ},100^{\circ},70^{\circ}$。