弦理论中的轴子——攻克暗辐射的九头蛇
高能物理 - 理论
2022-10-19 v3 宇宙学与河外天体物理
高能物理 - 唯象学
摘要
人们普遍认为弦理论很容易允许 QCD 轴子处于宇宙学偏好的质量区间。所需的小衰变常数 可通过使用大紧致化体积来实现。这指向大体积情景，其进而作出某些宇宙学预言：首先，闭弦轴子在暴胀前情景中的行为类似于场论轴子，即初值可调但受等曲率涨落约束。此外，该体积代表一个长寿命模场，可能导致早期物质主导相。最后，体积模场衰变到其自身轴子往往会过度产生暗辐射。本文旨在通过研究不仅允许 QCD 轴子且包含暴胀的模型来仔细分析该宇宙学。一般而言，对等曲率涨落的限制将我们约束在相对低尺度暴胀，这在当前弦论语境下指向 K\"ahler 模暴胀。作为一个新特征，我们发现最轻的（体积）模场与 Higgs 强耦合。因此它迅速衰变到标准模型（SM），从而解决了原始的暗辐射问题。该衰变远快于暴胀子的衰变，意味着再加热由暴胀子衰变决定。暴胀子可能重新引入暗辐射问题，因为它以相等速率衰变到更轻的模场及其轴子。然而，由于其与 QCD-轴子混合，暴胀子对 SM 也有直接衰变率，并由 SM 规范玻色子数目增强。这导致暗辐射量与当前限制一致，但有可能在未来测量中被探测到。
引用
@article{arxiv.2203.08833,
title = {Axions in String Theory $-$ Slaying the Hydra of Dark Radiation},
author = {Michele Cicoli and Arthur Hebecker and Joerg Jaeckel and Manuel Wittner},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.08833},
year = {2022}
}
备注
71 pages; v3: Small error corrected. Title changed, conclusions changed, one author added. Dark radiation problem solved