暴胀对轴子的普适限制

我们考虑存在一种类轴子粒子 $\sigma$，其具有形式为 $(\alpha \, \sigma/f) F \tilde{F}$ 的通用 $CP$ 破坏轴耦合，其中 $F_{\mu\nu}$ 是通用阿贝尔 $U(1)$ 规范群的规范场强（不一定与标准电磁学相关），$f$ 是轴子的衰变常数。此前已证明，如果将该轴子认定为暴胀子，这种相互作用会导致可观测的宇宙学特征（曲率扰动谱的非高斯修正），这取决于参数 $\xi= \alpha \dot{\sigma}/ (f H)$。在本文中，我们将表明，由于轴耦合在视界穿越处产生的曲率扰动具有普适形式，即使轴子 $\sigma$ 不被认定为暴胀子，其关于 $\xi$ 参数的形式也保持不变。因此，除非将此机制与 curvaton 结合，或者 $\sigma$ 场在暴胀期间变重并衰变，否则似乎不可能通过此机制产生大于真空涨落的 CMB 张量扰动而不违反观测限制。即使在最后一种情况下，也存在来自超视界尺度上曲率扰动慢滚演化的非平凡限制，必须予以考虑。我们还评论了对轴子起重要作用的暴胀模型的影响，例如包含多个轴子的自然暴胀模型以及 curvaton 为轴子的模型。