类轴子Majoron的宇宙学

我们提出一个单态majoron模型,其在$\nu$ sector定义反跷跷板机制。majoron $\phi$具有质量$m_\phi\approx 0.5$ eV,且与$\tau$轻子的耦合类似于其与中微子的耦合。在早期宇宙中它最初处于热平衡,然后在$T\approx 500$ GeV退耦,并在BBN期间仅以$\Delta N_{\rm eff}=0.026$贡献。在$T=26$ keV(BBN的最后阶段)原初磁场诱导共振$\gamma \leftrightarrow \phi$振荡,将光子能量的6%转移给majoron,意味着$\Delta N_{\rm eff}=0.55$以及重子与光子比增加4.7%。在$T\approx m_\phi$时majoron与最重中微子进入热接触,并最终在近复合时期衰变为$\nu \bar \nu$对,设定$\Delta N_{\rm eff}=0.85$。后期膨胀率的提升可缓解Hubble张力(我们得到$H_0=(71.4\pm 0.5)$ km/s/Mpc),而过程$\nu\bar \nu \leftrightarrow \phi$抑制这些粒子的自由流,使模型与大尺度结构观测一致。其寿命以及它衰变为中微子而非光子的性质,使该类轴子majoron避开了影响其他具有类似质量和光子耦合的类轴子粒子的强约束。