来自Witten效应的动力学轴子错位

我们提出了一种针对具有大衰变常数的暴胀前QCD轴子的初始错位角的弛豫机制。该提议旨在解决轴子暗物质场景所面临的轴子过丰导致宇宙闭合以及等曲率约束的挑战。许多最先进的实验正在寻找衰变常数高达$10^{16}\,\mathrm{GeV}$的QCD轴子暗物质，这激发了对类似我们这样的理论框架的需求。在我们的模型中，早期宇宙中产生的隐藏扇区磁单极子通过Witten效应赋予轴子一个大的质量，导致早期振荡，从而减小错位角和轴子丰度。随着隐藏规范对称性的破缺，其单极子通过宇宙弦被束缚，将能量耗散到标准模型中，并导致单极子-反单极子湮灭。这移除了单极子诱导的质量，只留下标准的QCD项。我们考虑了$\mathrm{SU}(2)' \to \mathrm{U}(1)' \to 1$的对称性破缺模式，分别导致单极子和弦的形成。我们计算了单极子丰度、它们与轴子场的相互作用，以及单极子诱导轴子振荡的必要条件，同时考虑了紫外瞬子效应。我们提出了基于不同对称性破缺尺度的三种模型变体，并表明它们可以容纳高达$10^{16}\,\mathrm{GeV}$的轴子衰变常数，暴胀尺度为$10^{15}\,\mathrm{GeV}$。单极子诱导的轴子势与QCD轴子势之间所需的对齐通过一个适度的Nelson-Barr机制实现，从而避免了宇宙闭合问题，无需人择推理。