未来CMB对宇宙双折射的约束及其对基础物理的启示
宇宙学与河外天体物理
2019-07-17 v2 高能物理 - 唯象学
摘要
当前正在建造和提议的CMB偏振实验的主要科学目标是探测原初张量扰动。作为副产品，这些仪器将显著改进对宇宙双折射（即CMB偏振面的旋转）的约束。如果令人信服地被探测到，宇宙双折射将是超出粒子物理和宇宙学标准模型物理的戏剧性表现。我们预测了即将到来的地基Simons Observatory (SO)和天基LiteBIRD实验，以及类似CMB-S4的“第四代”地基CMB实验和中等成本空间任务PICO对宇宙偏振旋转(CPR)的界限。我们检验了随机各向异性旋转场和恒定角下的各向同性旋转的可探测性。CPR诱导了CMB观测量新的关联，包括各向同性CPR情形下的奇宇称型谱，以及各向异性旋转情形下的模式耦合关联。我们发现LiteBIRD和SO将把各向同性CPR的1界限从当前的30角分分别降低到1.5和0.6角分，而类似CMB-S4和PICO将把它降低到角分。尺度不变CPR谱振幅的界限将被LiteBIRD、SO和类似CMB-S4/PICO分别降低1、2和3个数量级。我们讨论了预测的CPR界限对赝标量场、原初磁场(PMF)和洛伦兹不变性破坏的启示。我们发现类似CMB-S4和PICO能把尺度不变PMF振幅的1界限从1 nG降低到0.1 nG，同时也探测银河系磁场。它们还将显著改进对轴子-光子耦合的界限，对弦理论轴子施加严格约束。
引用
@article{arxiv.1904.07855,
title = {Future CMB constraints on cosmic birefringence and implications for fundamental physics},
author = {Levon Pogosian and Meir Shimon and Matthew Mewes and Brian Keating},
journal= {arXiv preprint arXiv:1904.07855},
year = {2019}
}
备注
14 pages, 1 figure, 5 tables; minor corrections in V2, matches the version published in PRD