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开启1$\,$Hz轴子窗口

高能物理 - 唯象学 2021-01-06 v2 宇宙学与河外天体物理 高能物理 - 实验 高能物理 - 理论

摘要

质量为mϕ1015m_\phi \sim 10^{-15}eV的类轴子粒子(ALP)以约1 Hz的频率振荡。这一质量尺度处于天体物理约束的一个开放窗口中,并且作为弦/M理论中大统一(GUT)的自然结果而出现。然而,对于GUT尺度的衰变常数,这样的ALP会使宇宙过闭,并且不能解决强CP问题。在本文中,我们提出一个双轴子模型,其中1 Hz的ALP构成暗物质的全部,而QCD轴子解决强CP问题但对暗物质遗迹密度贡献可忽略。实现正确遗迹密度的机制依赖于低尺度暴胀(mϕHinf1m_\phi \lesssim H_{\rm inf}\lesssim 1 MeV),我们给出了此类模型的显式实现。轴子势中导致1 Hz轴子的尺度产生一个强CP相,其在θˉQCD1012\bar{\theta}_{\rm QCD}\sim 10^{-12}附近振荡,处于质子存储环电偶极矩实验的可及范围内。1 Hz轴子也处于近期实验室和天体物理搜寻的可及范围内。

关键词

引用

@article{arxiv.1912.08188,
  title  = {Opening the 1$\,$Hz axion window},
  author = {David J. E. Marsh and Wen Yin},
  journal= {arXiv preprint arXiv:1912.08188},
  year   = {2021}
}

备注

35 pages, 7 figures, version to appear in JHEP. a mechanism for 1Hz axion DM with smaller decay constant and a model of MeV-scale inflation are proposed