宇宙学轴子与夸克块暗物质模型

我们研究了一个暗物质（DM）模型，该模型对宇宙学中两个（表面上无关的）问题给出了非常自然的解释：观测到的关系 $\Omega_{\rm DM}\sim\Omega_{\rm visible}$ 以及宇宙中物质与反物质之间的观测不对称性，即所谓的“重子生成”问题。在此框架中，两类物质（暗物质与可见物质）具有相同的 QCD 起源，形成于同一 QCD 时期，且都正比于系统同一个维度参数 $\Lambda_{\rm QCD}$，这解释了这两个表面上不同的问题如何紧密关联，并能在同一框架内同时解决。更具体地说，该模型中的 DM 由两种不同的成分组成：（已被充分研究的）DM 轴子和（较少被研究的）由物质或反物质构成的夸克块。本工作的重点是对贡献于理论暗 sector 的这两个不同组分之间关系的定量分析，由 $\Omega_{\rm DM}\equiv [\Omega_{\rm DM}(\rm nuggets)+ \Omega_{\rm DM}(\rm axion)]$ 确定。我们认为夸克块 DM 组分总是追踪可见物质密度，即 $\Omega_{\rm DM}(\rm nuggets)\sim\Omega_{\rm visible}$，并且这一特征对系统参数（如轴子质量 $m_a$ 或初始错位角 $\theta_0$）不敏感。这与由于错位导致的常规轴子产生机制形成对比，后者中 $\Omega_{\rm DM}(\rm axion)$ 对轴子质量 $m_a$ 和初始错位角 $\theta_0$ 高度敏感。我们还讨论了该模型与暴胀尺度 $H_I$、未观测到等曲率扰动 $r_T < 0.12$ 以及各类轴子搜寻实验相关的约束。