结合格点 QCD 输入量化大爆炸核合成对同位旋破缺的敏感度

我们利用来自格点 QCD 计算的精确输入，首次定量研究了大爆炸核合成对同位旋破缺变化的敏感度。预测的轻核丰度对中子-质子质量劈裂最为敏感，因为中子与质子的初始相对丰度以及 $n \rightleftharpoons p$ 弱反应速率均对该量非常敏感。格点 QCD 已被用于以大于 5 个标准差的精度确定该质量劈裂，其中包含了来自下夸克-上夸克质量劈裂 $2\delta = m_d-m_u$ 以及夸克与光子的电磁耦合（其强度由精细结构常数 $\alpha_{fs}$ 控制）两方面的贡献。在同位旋破缺的领头阶，$\delta$ 和 $\alpha_{fs}$ 对 $M_n-M_p$ 及核反应速率的贡献可以被独立改变。我们利用这些知识以及格点 QCD 的输入，定量研究了在 $\delta$ 和 $\alpha_{fs}$ 变化时预测轻核丰度的变化。D 和 ${}^4$He 丰度的单独变化允许 $\delta$ 和 $\alpha_{fs}$ 存在潜在较大的同时变化，同时仍与观测丰度保持一致，然而综合比较将这两种同位旋破缺源的变化限制在 3 个标准差置信水平下小于 $\lesssim1.25\%$。这种敏感度可用于对可能改变原初宇宙中这些同位旋破缺效应的超出标准模型的理论施加严格约束。