重 QCD 轴子的暗辐射约束
高能物理 - 唯象学
2022-05-25 v1
摘要
PQ 对称性的自然性问题促使人们研究重 QCD 轴子，其质量 ma > 1 MeV 在 QCD 尺度以上产生，且 PQ 对称性破缺尺度 fa 取值较低。我们以与模型无关的方式计算此类轴子的丰度，仅假设它们在暴胀再加热后冻结，且未被新物理随后稀释。若这些轴子在宇宙中微子退耦与宇宙微波背景（CMB）最后散射时期之间衰变，它们会稀释中微子，其丰度受暗辐射中能量密度的 CMB 测量值 Neff 约束。我们使用数值代码精确计算该界限，演化轴子动量分布，包含了许多先前被忽略的关键过程和效应。我们假设唯一相关的轴子衰变是涉及标准模型粒子的末态。我们确定了将在 CMB Stage 4 实验中于 Neff 产生信号的 (ma, fa) 区域。类似地，我们计算了可衰变到轻镜像光子的重轴子的 Neff 界限和 CMB Stage 4 信号。最后，我们计算了质量低于 1 MeV 且在 CMB 最后散射时期之后衰变的重轴子的界限，来自它们对该时期冷或热暗物质或 Neff 的贡献。
引用
@article{arxiv.2205.11540,
title = {Dark Radiation Constraints on Heavy QCD Axions},
author = {David I. Dunsky and Lawrence J. Hall and Keisuke Harigaya},
journal= {arXiv preprint arXiv:2205.11540},
year = {2022}
}
备注
40 pages, 17 figures