Chern-Simons 项在轴子畴壁上诱导的热摩擦

我们研究了在包含 Chern-Simons 相互作用的现实轴子电动力学模型中出现的孤子畴壁的动力学和相互作用，该相互作用为轴子 $a(x)$（质量为 $m_a$）与无质量 U(1) 规范场（例如电磁场）之间的 $a\epsilon_{\mu\nu\lambda\sigma}F^{\mu\nu} F^{\lambda\sigma}$ 项，其相互作用强度为 $\alpha=e^2/4\pi$，并带有带电物质（例如电子-正电子对）。特别地，在存在 U(1) 规范场和物质相对论性热等离子体的情况下，我们研究了由于 Chern-Simons 项导致的畴壁所经历的摩擦。利用线性响应方法，我们包含了等离子体的集体效应，这与纯粹考虑粒子穿过壁的散射（如先前处理方法中所做的那样）不同，后者仅在薄壁区域有效，而薄壁区域在现实情况下很少适用。我们表明，摩擦取决于壁在等离子体参考系中依赖于洛伦兹 $\gamma$ 因子的逆厚度 $\ell^{-1} \sim \gamma m_a$，与三个不同的等离子体尺度——温度 $T$、德拜质量 $m_D\sim\sqrt{\alpha} T$ 和阻尼率 $\Gamma \sim \alpha^2 T$——相比较，并阐明了这种行为背后的物理直觉。（对于薄壁极限下的摩擦，我们修正了文献中先前的表达式。）我们进一步考虑了早期宇宙中可能存在的长程相干磁场的影响，并将其与热磁场的影响进行了比较。最后，我们简要讨论了我们的结果对畴壁运动和网络衰变、来自畴壁网络的随机引力波产生以及可能由畴壁坍缩产生的原初黑洞等早期宇宙后果，不过对这些主题的更完整讨论将留待一篇姊妹论文进行。