QCD相变中的轴子场与夸克核块形成

我们研究一个在标准WIMP范式之外的可检验暗物质(DM)模型，其中可见与暗物质密度观测比值$\Omega_{\rm dark} \simeq \Omega_{\rm visible}$得到自然解释，作为它们共同QCD起源的结果，当两类物质(DM和可见)在QCD相变时形成且都正比于$\Lambda_{\rm QCD}$。我们主张一种范式，取代传统的“重子生成”机制，其中“重子生成”实际上是一个电荷分离过程，该过程总是在存在$\cal{CP}$奇axion场$a(x)$时发生。在此场景中，宇宙的总重子数保持为零，而未观测到的反重子电荷以重核块形式隐藏，类似于Witten的奇异物质并构成宇宙的DM。我们认为，这些核块将作为Kibble-Zurek机制在相变期间拓扑缺陷形成的結果而在QCD相变期间不可避免产生。我们场景中的相关拓扑缺陷是由$N_{\rm DW}=1$轴子域壁构成的闭合气泡。这些气泡通常吸积重子(或反重子)电荷，最终导致形成携带巨大重子(反重子)电荷的核块和反核块。模型的主要后果$\Omega_{\rm dark} \approx \Omega_{\rm visible}$对轴子质量不敏感，轴子质量可假设在观测允许窗口$10^{-6} {\rm eV} \lesssim m_a \lesssim 10^{-3}{\rm eV}$内的任何值。我们还在此场景中估计了重子与熵比值$\eta\equiv {n_B}/{n_{\gamma}}\sim 10^{-10}$。最后，我们评论这些结果对轴子搜索实验(包括微波腔和Orpheus实验)的启示。