重型QCD轴子来自大丰田核合成的新约束

我们研究大丰田核合成（BBN）对重型QCD轴子的约束。BBN提供了强大的探针，用于探测修改BBN过程中中子-质子比率的新物理。重型QCD轴子是这一探针的吸引目标，因为它不仅是解决强CP问题的合理假设性粒子，而且主要通过肉类衰变（如果满足运动学条件）来衰变。其寿命范围因此被排除，其中衰变会显著改变中子-质子比率。我们计算轴子对中子-质子比率的修正，获得最强的轴子寿命上限，最低可达0.017秒（当轴子质量大于300 MeV时）。令人惊讶的是，这远强于未来预期的CMB界限（通过 $N_{\rm eff}$）。我们的界限对 hadronic 交叉截面不确定性、轴子对各种hadron的分支比率以及初始轴子丰度的精确值几乎不敏感。我们还首次纳入了一些关键改进，例如来自高能 $K_L$ 和次级 hadron 的散射过程，这些过程对研究一般在BBN期间注入的hadronic 也可能很重要，不仅限于来自轴子衰变的。