暗维度中的 QCD 强子轴子暗物质

最近提出的暗维度情景揭示了轴子可以局部化在标准模型芯片上，从而预测从弱引力猜想：$f_a\lesssim M_5 \sim 10^{9}-10^{10}\, \rm GeV$，其中 $M_5$ 为五维普朗克质量。结合观察到的下限，这意味着 $f_a$ 落在狭窄范围 $f_a\sim 10^{9}-10^{10}\, \rm GeV$，对应轴子质量 $m_a\sim 10^{-3}-10^{-2}\, \rm eV$。在此尺度上，QCD 轴子构成总冷暗物质 (DM) 密度的少数部分 $\sim 10^{-3}-10^{-2}$。本文中，我们在暗维度背景下研究 QCD 轴子 DM 的问题，并证明在一种简单的两轴子混合机制下，QCD 轴子在此情景下可以解释整个 DM 丰度。具体地，我们考虑类轴子 (ALP) 向 QCD 轴子的共振转换。我们发现，在 ALP 质量约为 $m_A \sim 10^{-5} \, \rm eV$ 且衰变常数为 $f_A \sim 10^{11} \, \rm GeV$ 时，暗维度中的 QCD 轴子可以解释整体 DM。该特定范围内所需的 ALP 可能来自暗维度中规范统一规范力的粘合。