升温 Peccei-Quinn 标度

我们讨论了一种新颖情景下的 QCD 轴子暗物质产生，该情景假设 Peccei-Quinn 对称性破缺标度随时间变化。后者在宇宙早期温度下降时减小，并最终稳定在一个大的常数值。这种行为是由携带 Peccei-Quinn 电荷的复场与处于原初等离子体热平衡中的类 Higgs 标量之间的门户相互作用引起的。在此情景中，轴子在复 Peccei-Quinn 场的参数共振衰变过程中被高效产生，该场在辐射主导阶段弛豫到其势的最小值。值得注意的是，这一过程不受宇宙膨胀率影响，并允许独立于轴子质量生成所需的暗物质丰度。对该模型参数空间的现象学约束取决于径向场涨落的数密度，这些涨落也与轴子一起被普遍激发，以及它们在原初等离子体中的热化速率。对于在参数共振衰变结束时径向场与轴子粒子数密度之比大于 $\sim 0.01$ 的情况，宇宙学和天体物理观测与 CAST 极限的结合将 Peccei-Quinn 标度限制在一个狭窄的数值范围 $\sim 10^{8}~\mbox{GeV}$，这为通过近未来的轴子搜寻排除我们的情景铺平了道路。