ALP奇迹：暴胀子与暗物质的统一

我们提出一个方案，其中暴胀和暗物质由单个类轴子粒子（ALP）以统一的方式描述。在一类最小轴子山顶暴胀中，势函数最大值和最小处的有效质量大小相等但符号相反，从而使得 ALP 暴胀子在暴胀期间和真空中都很轻。暴胀后，大多数 ALP 通过和光子的耦合衰变并蒸发进入等离子体，剩余部分成为暗物质。我们发现，观测到的 CMB 和物质功率谱以及暗物质丰度指向质量为 $m_\phi = {\cal O}(0.01)$ eV、轴子-光子耦合 $g_{\phi \gamma \gamma} ={\cal O}(10^{-11})$GeV$^{-1}$ 的 ALP：即 ALP 奇迹。所建议的参数区域在下一代轴子日光望远镜 IAXO 的可及范围内。此外，热化的 ALP 对热暗物质有贡献，其丰度由额外中微子物种的有效数目表示，$\Delta N_{\rm eff} \simeq 0.03$，这可由未来的 CMB 实验检验。我们还讨论了多 ALP 的情形，其中与光子的耦合在早期宇宙中可增强一个数量级或更多，从而扩大了 ALP 奇迹的参数空间。重的 ALP 在混合暴胀中扮演瀑布场的角色，并使宇宙再加热，它可以在 SHiP 等各种实验中搜寻。