非标准轴子电动力学与对偶 Witten 效应
高能物理 - 唯象学
2023-12-27 v2 高能物理 - 理论
摘要
标准轴子电动力学具有两个紧密相关的特征。首先，无质量轴子场与光子的耦合是量子化的，以正比于电规范耦合平方为单位。其次，运动方程告诉我们，背景磁场中随时间变化的轴子场会源出一个有效电流，而背景电场中随时间变化的轴子场则无效应。这些明显违背电磁对偶性的性质在轴子的实验搜寻中起着关键作用。近来，电磁对偶性被用来论证非标准轴子耦合的可能存在，这类耦合既可违背通常的量子化规则，又可在轴子电动力学中交换电场与磁场的角色。我们表明这些非标准耦合可由 SL(2,Z) 对偶性导出，但其代价巨大：在非标准轴子电动力学中，当轴子遍历其场范围时，所有带电粒子都变为二重子（dyon），这是标准 Witten 效应单值性在对偶形式下的表现。这意味着弱标度附近存在二重子，导致由标准模型费米子圈诱导的大轴子质量，并剧烈改变希格斯物理。我们得出结论：非标准轴子电动力学尽管在抽象量子场论中值得考量，但在现象学上不可行。
引用
@article{arxiv.2309.07951,
title = {Non-standard axion electrodynamics and the dual Witten effect},
author = {Ben Heidenreich and Jacob McNamara and Matthew Reece},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.07951},
year = {2023}
}
备注
33 pages, 5 figures; v2: small clarifications, accepted for publication in JHEP