轴子与类轴子粒子的宇宙学限制

轴子是一种伪 Nambu-Goldstone 玻色子。它出现在为了解决强 CP 问题而提出的 Peccei-Quinn 对称性自发破缺之后。在粒子物理标准模型的一些扩展中假设的其他伪 Nambu-Goldstone 玻色子，如果它们与轴子具有某些共同特征，特别是与两个光子的耦合，则被称为类轴子粒子 (ALPs)。迄今为止，轴子和 ALP 的搜索均未成功，表明它们的耦合必须极弱。然而，轴子和 ALP 可能导致天体物理学和宇宙学中的一些可观测效应，这些效应也可用于限制这些粒子的参数空间。我们专注于来自宇宙学的限制，这是研究轴子和 ALP 的最佳领域。特别是，我们首先研究了在宇宙最早时期产生的轴子和 ALP 原初种群的可能性。这一分析的重要性在于，由于其微弱的相互作用和独特的产生机制，轴子和 ALP 是理想的暗物质候选者。最后，我们考虑了这种种群衰变对特定宇宙学观测量的后果，即星系的光子能谱、宇宙微波背景、有效中微子物种数以及原初元素的丰度。我们的界限构成了对早期衰变最严格的探测，并排除了 otherwise 很难通过实验测试的部分 ALP 参数空间。