通过味轴子实现夸克与轻子的紧致模型

我们展示了如何固定负责 Peccei-Quinn (PQ)、seesaw 以及 Froggatt 和 Nielsen (FN) 机制的尺度，通过构建一个紧致模型来解决天体粒子物理中近期出现但快速增长的问题，包括夸克与轻子混合及 CP 破坏、高能中微子、QCD 轴子以及恒星的轴子冷却。该模型受味 PQ 对称性驱动，以统一味物理与弦理论。QCD 轴子衰变常数等同于 seesaw 尺度，通过其联系于由味轴子对电子的轫致辐射 $e+Ze\rightarrow Ze+e+A_i$ 以及由味轴子诱导的稀有味改变衰变过程 $K^+\rightarrow\pi^++A_i$ 所给出的天体粒子约束，被确定为 $F_A=3.56^{+0.84}_{-0.84}\times10^{10}$ GeV（相应地，QCD 轴子质量 $m_a=1.54^{+0.48}_{-0.29}\times10^{-4}$ eV、其振荡的康普顿波长 $\lambda_a=8.04^{+1.90}_{-1.90}\,{\rm mm}$、以及轴子与中子耦合 $g_{Ann}=2.14^{+0.66}_{-0.41}\times10^{-12}$ 等）。随后，与 FN 机制相关的尺度通过其联系于标准模型费米子质量与混合被动态固定为 $\Lambda=2.04^{\,+0.48}_{\,-0.48}\times10^{11}\,{\rm GeV}$，且该基本尺度可能暗示在 IIB 型弦真空中的一些弦模被稳定。在不久的将来，预期达到灵敏度 ${\rm Br}(K^+\rightarrow\pi^++A_i)<1.0\times10^{-12}$ 的 NA62 实验将探测味轴子，或若恒星冷却的天体物理约束确实由味轴子负责则排除该模型。