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超冷相变能否解释脉冲星计时阵列观测到的引力波背景?

高能物理 - 唯象学 2024-06-05 v4 宇宙学与河外天体物理

摘要

若干脉冲星计时阵列合作组近期报告了在 nHz 频率处随机引力波背景(SGWB)的证据。尽管 SGWB 可能源自超大质量黑洞的并合,它也可能是接近 100 MeV 尺度新物理的签名。在 100 MeV 尺度结束的超冷一级相变(FOPTs)是引人入胜的解释,因为它们可将 nHz 信号与电弱尺度或更高处的新物理联系起来。然而,本文清晰地证明,由超冷相变产生 nHz 信号并不简单,因为两个关键问题可能排除许多提出的超冷解释,且应被检验。作为一个例子,我们使用一个基于非线性实现电弱对称、被引为超冷解释证据的模型。首先,我们展示对于约 100 MeV 的所需相变温度,FOPT 无法完成。如此超冷意味着一段真空主导期,阻碍气泡 percolation 与相变完成。其次,我们展示即便不要求完成或规避此约束,宇宙通常再加热到驱动 FOPT 的任何物理的尺度。相变与再加热温度之间的层级使得计算 SGWB 的谱具有挑战性。

关键词

引用

@article{arxiv.2306.17239,
  title  = {Can supercooled phase transitions explain the gravitational wave background observed by pulsar timing arrays?},
  author = {Peter Athron and Andrew Fowlie and Chih-Ting Lu and Lachlan Morris and Lei Wu and Yongcheng Wu and Zhongxiu Xu},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2306.17239},
  year   = {2024}
}

备注

12 pages, 3 figures, Replaced to match published version in PRL