布朗类轴子粒子

我们通过获取约化密度矩阵，研究了与热平衡自由度弱耦合的赝标量类轴子粒子（ALP）的非平衡动力学。其时间演化由 in-in 有效作用量决定，我们在（ALP）耦合的最低阶但浴池与标准模型内或外其他场耦合的全体阶下得到了该作用量。（ALP）的有效运动方程是一个含噪声与摩擦核并满足涨落耗散关系的朗之万方程。“错位”初态产生阻尼相干振荡，但（ALP）布居数向与浴池的热化增加。结果，能量密度呈现冷成分（来自错位）与热成分（来自热化）的混合，其比例随时间变化为 $(cold)\,e^{-\Gamma t}+(hot)\,(1-e^{-\Gamma t})$，提供了一种暗物质“温度”随时间从冷到热演化的情形。作为一个具体例子，我们考虑最低阶的（ALP）-光子耦合 $g a \vec{E}\cdot \vec{B}$，该式从复合时期起有效。对于 $T \gg m_a$，长波弛豫率显著增强为 $\Gamma_T = \frac{g^2\,m^2_a\,T}{16\pi}$。（ALP）自能的紫外发散需要在有效作用量中加入高阶导数项。我们发现高温下（ALP）的有限温度有效质量为 $m^2_a(T) = m^2_a(0)\Big[ 1-(T/T_c)^4\Big]$，其中 $T_c \propto \sqrt{m_a(0)/g}$，这暗示了反相变的可能性，其与高阶导数结合时或可能指示奇异新相。我们讨论了其对结构形成、相对论性物种有效数目以及宇宙微波背景双折射的可能宇宙学后果。