具有中间尺度费米子暗物质的中轴子模型

我们研究了一个非超对称的 $SO(10)\times U(1)_{\rm PQ}$ 轴子模型，其中 $U(1)_{\rm PQ}$ 的自发破缺发生在暴胀之后，并且轴子畴壁问题通过采用 Lazarides-Shafi 机制得以解决。这需要引入两个费米子 10-重态，使得由 QCD 瞬子对 $U(1)_{\rm PQ}$ 的显式破缺所遗留的离散对称性从 $Z_{12}$ 降为 $Z_4$，其中 $Z_4$ 与 $SO(10)$（更精确地说是 $Spin(10)$）的中心重合。$Z_4$ 的一个未破缺 $Z_2$ 子群产生了中间尺度的拓扑稳定弦，以及来自费米子 10-重态的稳定的电弱双重态非热暗物质候选者，其质量可与轴子衰变常数 $f_{\rm a}$ 相当或略小。我们给出了一个明确实现，其中考虑了暴胀并还包含了非热轻子生成。费米子暗物质质量位于 $3\times 10^{8}-10^{10}~{\rm GeV}$ 范围内，其对暗物质遗迹丰度的贡献可与轴子的贡献相当。