轻型 QCD 轴子非扰动动力学：暗物质与强 CP 问题

在扩大 QCD 轴子范围的背景下，Z_mathcal{N} QCD 轴子模型通过引入离散 Z_mathcal{N} 对称性，将轴子场耦合到 mathcal{N} 个标准模型副本，从而自然降低了轴子质量。该模型在温度 T_{rm QCD} 之前，Z_mathcal{N} 位势在误差角 theta=pi 处具有平衡点。当 T_{rm QCD} 时，theta=pi 转为势能的极大值，轴子势能指数级抑制并发展出 mathcal{N} 个极小值，其中仅有一个实际上解决强 CP 问题。在 T_{rm QCD} 之前，theta 沿着 pi 方向松弛；而在 T_{rm QCD} 之后，轴子场从约 hilltop 处开始，可能拥有足够的动能克服新抑制的势垒。这种场演化通过 hilltop 附近的自相互作用导致非线性效应，可引起涨落的指数增长并对相干运动产生反馈。此行为可影响场的余弘密度以及其最终落脚的极小值位置。我们使用 CosmoLattice 对 Z_mathcal{N} QCD 轴子进行首次格子模拟，准确计算暗物质丰度，发现非线性动力学可将丰度降低最高可达因子二分之一。进一步发现，解决强 CP 问题的概率相较于 naive 预期的 1/mathcal{N} 而言，呈现显著偏离。