来自 CMB $\mu$-distortion 的 QCD 轴子质量和原初磁场界限

在存在大尺度磁场的情况下，CMB 光子振荡为轴子可能导致 CMB 谱 distortion。利用 COBE 对 $\mu$ 参数的限制以及视界尺度上强度 $B\lesssim 3.2$ nG 的均匀磁场，发现轴子质量的上限为 $m_a\lesssim 4.8\times 10^{-5}$ eV（针对 KSVZ 轴子模型）。另一方面，利用 ADMX 实验排除的轴子质量值 $m_a\simeq 3.5\times 10^{-6}$ eV 结合 COBE 对 $\mu$ 的界限，发现对于当前纪元相干长度 $\lambda_B\simeq 1.3$ Mpc 的均匀磁场，KSVZ 轴子模型对应的 $B\simeq 46$ nG，DFSZ 轴子模型对应的 $B\simeq 130$ nG。我们推导了基于 PIXIE/PRISM 预期 $\mu$ 灵敏度的 $B$ 和 $m_a$ 预测。如果未来的空间任务 PIXIE/PRISM 探测到 CMB $\mu$ distortion，并假设大尺度磁场强度接近其典型值 $B\simeq 1-3$ nG，则质量范围在 $2\, \mu$eV - $3\, \mu$eV 的轴子将成为 CMB $\mu$-distortion 的潜在候选者。