Next generation ground-based detectors for primordial gravitational wave backgrounds from phase transitions

第三代地面引力波（GW）探测器，如狄根斯台积探测器和宇宙探测器，将在（few-10^4）Hz频率段运行，灵敏度提升，使其能够触及原始宇宙学。与脉冲星阵列在nHz波段以及LISA在mHz波段协同工作，这些3G探测器将是探测标准模型以外粒子物理学的强大探针，尺度为T≳10^7 GeV。本文聚焦于探测宇宙早期相变（PT）的能力。我们首先概述了跨频率的探测器格局，讨论了天体物理前景的相关性，并提供便利且最新的功率律积分灵敏度曲线。随后我们呈现了来自引力波观测对第一型相变和拓扑缺陷（弦和域壁）的约束，这些约束可能在各类对称性破坏事件中形成，无论相变的阶数如何。这些约束可应用于具体模型，导致第一型相变和/或拓扑缺陷。特别是我们讨论了对轴子模型的含义，这些模型通过引入自发破坏的佩茨基-Quinn（PQ）对称性来解决强CP问题。对于后内推动的PQ破坏，PQ尺度必须位于10^8-10^11 GeV范围内，因此第一型PQ相变信号将落在地面3G探测器的探测范围之内。我们对代表性模型中的信噪比进行参数空间扫描，揭示了其在探测PQ相变本质方面的巨大潜力。此外，在重型轴子模型中会形成域壁，这可能导致可探测到的引力波背景。我们讨论了其光谱，并总结了3G探测器、SKA和LISA对这些模型的预期约束。