用引力波检验时钟轴子

我们研究了由时钟轴子相关的 Peccei-Quinn（PQ）相变所产生的引力波（GWs）。当标量势中引入六维算符时，PQ 相变可为一阶相变。在 $10^3-10^6$ GeV 尺度上由 PQ 相变产生的引力波可被 BBO 与 ALIA 干涉仪探测。LISA 与太极干涉仪可探测来自 PQ 尺度 $f\lesssim 10^4$ GeV 的引力波，而来自尺度 $f\gtrsim 10^5$ GeV 的引力波信号可由地面引力波观测台 ET 与 CE 探测。我们发现，在 $f=10^5$ GeV 尺度下参数空间 $\kappa_m\sim 0.06-0.001$、$\kappa_l\sim 0.04-0.001$ 及 $\varepsilon\sim 0.1-0.01$，以及 $f=10^6$ GeV 尺度下的大部分参数区域已被 LIGO O2 运行排除。LIGO O3 与设计阶段可进一步探测剩余参数空间。我们表明，来自 PQ 尺度 $f\simeq 2\times 10^5$ GeV 的域壁湮灭的引力波可诱发 NANOGrav 12.5 年观测所指示的随机信号。LIGO O3 运行有机会探测到该尺度附近一阶 PQ 相变产生的引力波信号。