Instanton NDA and Applications to Axion Models
本文提出Instanton NDA幂次计数规则以估计瞬子效应,并应用于轴子模型,发现小瞬子提高轴子质量的同时会加剧轴子质量问题,而Z_N轴子、复合轴子及轴子GUT模型对紫外错位效应具有安全性。
2024-05-01 hep-ph hep-th
Axion Couplings in Grand Unified Theories
我们表明,在大统一理论中,标准模型嵌入在一个简单的4D规范群中的轴子规范玻色子的耦合是高度限制的。这些耦合的拓扑性质允许它们从UV到IR匹配,并且对于任何轴子,光子和胶子的异常比率通过统一而固定。这意味着有一个单一的轴子,QCD轴子,与光子的反常耦合。其他轻的类轴子粒子可以通过混合穿过QCD轴子入口与光子耦合,并位于质量耦合平面中QCD线的右侧。破坏胶子与光子耦合统一关系的轴子在大统一规范群下必然带电,并因微扰质量贡献而变重。在QCD线左边发现一个轴子可以排除简单的大统一模型。因此,轴子搜索是大统一的桌面和天体物理学探测。
2022-06-22 hep-ph
The Axion Mass from 5D Small Instantons
我们计算了一个新的贡献的轴子质量,所产生的胶子在第5维高能量传播。通过将四维瞬子解提升到五维,卡鲁扎-克莱因态的正频率模式在有效作用量中产生了一个幂律项,该项与瞬子大小成反比。这导致5D小瞬子以一种不会破坏强CP问题的轴子解的方式增强轴子质量。此外,这种增强可能比大瞬子通常的QCD贡献大得多,尽管它要求5D规范理论接近非微扰极限。因此,我们的结果表明,轴子(或类轴子粒子)的质量范围,这是重要的正在进行的实验研究,可以敏感地依赖于QCD的UV修改。
2020-01-16 hep-ph hep-th
Coloured gravitational instantons, the strong CP problem and the companion axion solution
量子引力为规范理论引入了一个新的组合宇称破坏源。我们认为,这种新的CP破坏得到捆绑强CP破坏通过彩色引力瞬子。因此,强CP问题的标准轴子解决方案是妥协。此外,我们认为,强CP问题的最终解决方案必须涉及至少一个额外的轴子粒子。
2022-06-23 hep-ph hep-th
Dynamical axion misalignment with small instantons
我们提出了一种新的机制来松弛QCD轴子的初始失准角,提高轴子衰变常数的宇宙学界。在暴胀期间,QCD轴子接收到来自小紫外瞬子的贡献,这将其质量提高到暴胀的哈勃尺度。这使得轴子在早期就开始降低它的势。在这种情况下,夸克的标准模型汤川耦合是动态的,在暴胀时期是一阶的,一旦暴胀结束,就降低到它们的标准模型值。这意味着在暴胀之后,小瞬子的贡献被抑制,轴子势从通常的IR瞬子降低到标准的轴子势。结果,当轴子在膨胀后再次开始振荡时,由于膨胀期间的动力学,初始失准角被抑制。虽然动力学轴子错位的一般思想已经在文献中讨论过,我们详细介绍了在膨胀期间和之后的轴子势的最小值之间的不匹配的主要瓶颈,以及如何在我们的情况下通过Froggatt-Nielsen机制规避。考虑到所有的限制,我们发现,轴子衰变常数可以提高到大统一理论的规模,$10^{15}$ GeV,在我们的情况下。
2020-01-06 hep-ph
The topological susceptibility from grand canonical simulations in the interacting instanton liquid model: strongly associating fluids and biased Monte Carlo
这是研究有限温度下相互作用瞬子液体模型(IILM)的拓扑磁化率的系列论文中的第二篇,并涉及与蒙特卡罗模拟有关的技术问题。IILM将场论简化为分子动力学的描述,对于“物理”夸克质量,系统表现得像一种强关联流体。我们将论证这是在非平凡背景下非常轻的狄拉克夸克的一般特征,在半经典方法中描述。为了摆脱不必要的复杂性,我们将提出有偏蒙特卡罗的想法,并实现一个玩具模型的转移概率。
2010-01-14 hep-lat hep-ph
On the high-scale instanton interference effect: axion models without domain wall problem
我们表明,一个新的手征,限制相互作用可以用来打破Peccei-Quinn对称性动态和解决畴壁问题,同时。由此产生的理论是一个不可见的QCD轴子模型没有畴壁。没有危险的重型遗迹出现。
2019-09-01 hep-ph
Quintessence Axion Potential Induced by Electroweak Instanton Effects
最近的宇宙学观测表明存在小但不为零的宇宙学常数$Λ_{cos}^4 \simeq (2 \times 10^{-3} eV)^4$。一个有趣的可能性是,如此小的宇宙学常数是由超轻类轴子场(称为精粹轴子)的潜在能量密度提供的。如果这个轴子耦合到电弱规范场,它的电势可能是由电弱瞬子效应产生的。我们在超对称标准模型下计算了轴子势,得到了一个令人惊讶的结果,即:在经典轴子场的诱导能量密度与观测值非常接近.
2000-05-09 astro-ph hep-ph
Axion cosmology, lattice QCD and the dilute instanton gas
轴子是最有吸引力的暗物质候选者之一。通过计算QCD的拓扑磁化率$χ(T)$随温度的变化,可以确定它们在早期宇宙中的数密度演化。格点量子色动力学提供了一种从头算技术来进行这样的计算。一个完整的结果需要两个要素:物理夸克质量和从非零晶格间距到零晶格间距的受控连续外推。我们确定$χ(T)$在淬火框架(无限大的夸克质量),并外推其值的连续极限。结果与稀瞬子气体近似(DIGA)的预测进行比较。一个很好的协议被发现的温度依赖性,而整体归一化的DIGA结果仍然不同于非微扰连续外推晶格结果的一个因素的顺序为10。我们讨论的后果,我们的研究结果的预测量的轴子暗物质。
2015-08-27 hep-lat hep-ph
Grand unification and heavy axion
我们认为,足够复杂的大统一理论,包括额外的强intractions限制在非常短的距离,可能会导致一个沉重的轴子解决方案的CP问题的QCD。这个轴子可能有一个在可达能量范围内的质量,它的低能相互作用通过与轴向希格斯玻色子混合而出现。这种情况的另一个标志是在电弱希格斯扇区中的Peccei-Quinn对称性的软破缺。我们提出了一个玩具大肚展示这些功能。
1997-05-07 hep-ph
Small Instanton Effects on Composite Axion Mass
本文研究复合轴子模型中,小瞬子效应对轴子质量的影响,发现这些效应虽非零但可忽略,源于全局手征U(1)对称性通过反常消除θ项,为CAA模型动力学提供关键见解。
2024-07-19 hep-ph hep-th
Grand Unification, Axion, and Inflation in Intermediate Scale Supersymmetry
介绍了一类超对称大统一理论,它在截断点以下有一个单一的标度,即超对称破缺质量$\tilde{m}$的标度。对于广泛的无量纲参数,与希格斯玻色子的观测质量的一致性决定了$\tilde{m} \sim 10^9-10^{13} {\rm GeV}$,产生中间尺度超对称性。我们表明,在这个框架内,它是可能的跷跷板中微子质量,轴子和通货膨胀的规模$\tilde{m}$描述,提供了一个统一的起源不同的现象的可能性。中微子质量允许热leptogenesis可以获得,和轴子衰变常数自然位于范围$f_a \sim 10^9-10^{11} {\rm GeV}$,符合最近的观测建议的高尺度膨胀。一个最小的$SU(5)$模型,说明了这些功能。在这个模型中,在大统一尺度下的唯一状态是重规范超多重态。大统一的伙伴希格斯双峰有一个质量的顺序$\tilde{m}$,导致占主导地位的质子衰变模式$p \rightarrow \barν K^+$,这可能是在即将到来的实验探测。暗物质可能是winos,质量在环境中选择到TeV尺度,和/或轴子。规范耦合统一被认为是成功的,特别是如果wino是在TeV规模。
2014-04-03 astro-ph.CO hep-ph
Transplanckian axions !?
我们讨论了爱因斯坦理论中的量子引力效应与周期性轴子标量的耦合,以分析实现超普朗克轴子周期(又名衰变常数)的几种建议的可行性及其在大场膨胀模型中的可能应用。我们研究的效应对应于在轴子下带电的欧几里得引力瞬子的成核,我们的结果基本上与弱引力猜想相容(但独立于弱引力猜想),如下:具有超普朗克周期的单轴子理论包含引力瞬子,在轴子势中诱导相当大的高次谐波,这破坏了超普朗克暴胀子场范围。类似的结果也适用于晶格排列的多轴子模型(如Kim-Nilles-Peloso模型)。最后,具有$N$轴子的理论仍然可以实现适度的超普朗克周期性(通过$\sqrt{N}$因子),在轴子势中没有更高的谐波。弱引力猜想在这种情况下不成立,因为不存在一些瞬子,而这些瞬子是离散的$\mathbf{Z}_N$规范对称性所禁止的。最后我们讨论了这些瞬子在弦紧化中作为欧几里得D-膜的实现。
2015-04-15 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Electroweak Instantons, Axions, and the Cosmological Constant
如果在某一能量尺度上存在重子加轻子数的显式破坏,则电弱理论依赖于θ角。由于在小尺度瞬子上的奇异积分,这种θ依赖性对非常高的动量尺度敏感。假设在电弱标度和普朗克标度之间没有新的物理学,对于电弱轴子,真空在θ i = 0处的能量差和真空在θ = 0处的能量差,是当前观测到的暗能量的正确量级。
2012-05-08 hep-ph
Spontaneous CP Violation, Small Instanton and Invisible Axion
在没有CP畴壁和“强CP”问题的情况下,提出了一个弱电尺度下自发CP破坏的隐形轴子模型。大尺寸QCD和小尺寸非QCD瞬子都破坏了CP和Peccei-Quinn对称性,并使宇宙学上有害的CP畴壁不稳定。衰变时期取决于小瞬子效应的大小,如果当前中子电偶极矩束缚最大饱和,则衰变时期约为100 eV。该模型满足了原初D和He光解离和黑洞形成的约束,同时产生了宇宙学上有趣的引力波和星系尺度的密度扰动。
1992-09-30 astro-ph hep-ph
Axion mass prediction from minimal grand unification
我们提出了一个现实的SU(5)模型中的Peccei-Quinn机制的最小实现,其中轴子质量直接连接到大统一尺度。考虑到质子衰变,对撞机搜索和规范耦合统一的约束,我们预测的轴子质量:$m_a \in [4.8, 6.6]$ neV。上限可以放宽到$m_a < 330$ neV,在调整质子衰变算子的味道结构的成本。预测的质量窗口将通过轴子暗物质实验ABRACADABRA和CASPER-Electric进行补充探测,这可能为质子衰变前的大统一尺度提供间接证据。
2018-07-25 hep-ex hep-ph
Dark Grand Unification in the Axiverse: Decaying Axion Dark Matter and Spontaneous Baryogenesis
衰变常数接近大统一(GUT)尺度的量子色动力学轴子具有接近neV的超轻质量。然而,我们表明,轴子粒子的质量附近的千电子伏- PeV范围内的大统一体尺度的衰变常数也很好的动机,因为它们自然产生的轴向理论与黑暗的非阿贝尔规范群。我们证明了正确的暗物质丰度可以通过这些模型中的重轴子通过错位机制结合一段时间的早期物质统治从长寿命的黑暗胶球相同的规范组。重的轴子暗物质可能会衰变为两个光子,产生单能量的电磁信号,可以被当前或下一代的天基望远镜探测到。我们计划下一代望远镜的灵敏度,包括$\textit {Athena,}$ AMEGO和e-ASTROGAM,以这种衰变的轴子暗物质。如果暗区包含多个约束规范群,那么观察到的原始重子不对称性也可以通过自发重子生成来实现。我们提出了明确的orbifold建设的黑暗规范群统一与SM在大统一尺度和轴子出现的第五个组件的黑暗规范场与散装陈-西蒙斯条款。
2022-08-22 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Axion RG flows and the holographic dynamics of instanton densities
本文在爱因斯坦-轴子-伸缩子理论中研究轴子全息重整化群流解,发现非平凡轴子解与红外共形不动点不相容,通过正则性条件确定解,其结果与轴子沼泽地猜想吻合。
2026-10-20 hep-ph hep-th
UV Sensitivity of the Axion Mass from Instantons in Partially Broken Gauge Groups
我们研究了小瞬子在QCD的各种UV完成中对轴子质量的贡献。我们表明,这种贡献的潜在优势背后的原因是非平凡的嵌入到UV理论的QCD。部分破缺规范群中的瞬子效应在有效理论中表现为“分数瞬子”修正。这些将表现出不寻常的依赖性的各种规模的问题时,指数的嵌入是非平凡的。我们提出了一个完整的单瞬子计算的轴子质量在最简单的产品组模型,仔细跟踪数值前因子。我们不使用特胡夫特算子近似,而是直接计算对真空泡的贡献,自动捕捉用希格斯环封闭外部费米子线的影响。这种方法显然是有限的,并消除了与希格斯环引入截止尺度相关的不确定性。我们验证了小瞬子可能占主导地位的QCD贡献非常高的破缺标度和至少三个群因子。
2020-02-18 hep-ph hep-th
A mass for the dual axion
本文研究双轴子获得质量后对轴子物理的修改,该质量破坏平移对称性并导致瞬子禁闭,通过世界线抑制机制类比超导体中的涡旋孤子,并给出多个动力学模型。
2024-05-23 hep-ph hep-th
Small-instanton effects in an atlas of KSVZ axion models
School of Physics, Nankai University(南开大学物理学院)
该研究分析KSVZ轴子模型中类矢量夸克的小瞬子对轴子势的贡献,修正了轴子质量与耦合的标准QCD关系,为轴子搜索提供新参数空间。
2026-08-11 hep-ph hep-th
Gauge and gravitational instantons: From 3-forms and fermions to Weak Gravity and flat axion potentials
我们调查的规范和引力瞬子的背景下,沼泽地计划的作用。我们的重点是全球对称性破缺,特别是在费米子的存在下,他们诱导。我们首先回顾并更精确地描述了稀瞬子气体的三形式规范理论。在这种语言中,轻费米子对瞬子效应的常见抑制可以理解为3-形式的去耦。即使所有的费米子都保持质量,这种退耦也可能发生在费米子扇区中明显未破缺但异常的全局对称性的基础上。这应该是量子引力所禁止的,这使我们推测出一个相关的,依赖于截止的诱导轴子势的下限。最后,我们注意到上述的引力对应物是K3瞬子。这些是具有K3拓扑的欧几里德时空的小涨落,它们诱导出类似于规范理论中的“特胡夫特顶点”的费米子算符。虽然普朗克抑制,他们可能是唯象相关的,如果伴随着其他更高的维度费米子运营商或如果K3进行适当的规范通量。
2019-06-18 hep-ph hep-th
A functional treatment of small instanton-induced axion potentials
本研究提出一种泛函方法,可对任意表示物质内容的$SU(N)$规范理论的轴子势做完整单瞬子计算,构建了$SU(2)$全表示费米子零模作为$SU(N)$的构建单元,并将方法应用于两类超对称模型。
2024-10-31 hep-ph hep-th
Grand Color Axion
我们提出了一个模型,解决了强CP问题,通过一个轴子参数比标准重。在这幅图中,标准模型夸克被嵌入到一个更大的非阿贝尔巨色群中,在高尺度下,巨色群分裂成普通的QCD和一个额外的约束动力学,在这个约束动力学下,奇异的手征费米子带电。重要的是,轴子的真空期望值自动放松到零,因为除了拓扑角中编码的那些之外,唯一可重正化的显式CP破坏源包含在标准模型汤川耦合中,因此被非常抑制。轴子势受新限制群的尺度控制,并且比QCD贡献大得多,使得其动力学较少暴露于所谓的“轴子质量问题”。潜在的可观察到的校正的有效拓扑角也可以出现,在我们的模型以及在一个大类的重轴子的情况下,从非重正化的Peccei-Quinn守恒相互作用,这引入了一个新的“重轴子质量问题”。我们的模型有一个非常小的字段内容,它完全依赖于规范不变性,并不需要引入额外的对称性超出通常的假设Peccei和奎因。现象学非常丰富,可以在对撞机上进行测试,也可以通过宇宙学观测进行测试。一个特别有趣的部分参数空间预测一个可见的轴子的质量以上的GeV和衰变常数大于几个TeV。
2022-09-21 hep-ph
String Theory and Grand Unification Suggest a Sub-Microelectronvolt QCD Axion
结合弦理论与大统一理论,通过幺正性论证和KS系综紧致化,将QCD轴子质量约束在10^-11至10^-8 eV范围,并指出该范围对暗物质搜索相关,且KS轴子景观最多约47个轴子,未能解释DESI暗能量提示。
2025-05-21 hep-ph hep-th
Small instanton-induced flavor invariants and the axion potential
本文构建了一组源于小瞬子计算的 CP 奇风味不变量基,用于更可靠地估计 SMEFT 中 CP 破坏算符对轴子势最小值偏移的影响,并给出了不同风味场景下标度比的改进限制。
2024-08-29 hep-ph
Axion Domain Walls, Small Instantons, and Non-Invertible Symmetry Breaking
本文探讨了非可逆对称性自发破缺导致的轴子畴壁问题,提出通过将规范群嵌入更大的UV群并利用小瞬子贡献提升真空简并性来解决该问题,并指出轴子畴壁的引力波信号与轴子耦合测量可为Standard Model的UV完成提供见解。
2023-09-11 hep-ph hep-th
Small Instantons and the Post-Inflationary QCD Axion in a Special Product GUT
提出一种基于特殊乘积GUT的新框架,通过小瞬子效应解决暴胀后PQ对称性破缺导致的畴壁问题,并给出不同于普通模型的暗物质轴子窗口预测。
2025-04-02 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Proton Decay and Axion Dark Matter in SO(10) Grand Unification via Minimal Left-Right Symmetry
我们研究了$SO(10)$大统一理论中质子的寿命,该理论在大统一理论尺度下具有左右对称的规范理论。特别是,我们专注于最小的模型,没有双二重态希格斯场的LR对称模型,它预测LR破缺标度在$10^{10\text{--}12}$ GeV左右。质子衰变算子的Wilson系数比最小$SU(5)$ GUT模型的Wilson系数大得多,特别是当标准模型Yukawa相互作用是通过积分出额外的矢量多重态而产生的时候。结果表明,即使GUT规范玻色子质量在$10^{16\text{--}17}$ GeV的范围内,质子寿命也在超神冈实验的范围之内.我们还表明,额外的矢量多重态的质量可以产生的Peccei-Quinn对称性破缺在一个一致的方式与轴子暗物质的情况。
2020-01-30 hep-ph
Axion Mass from Magnetic Monopole Loops
我们证明了与阿贝尔规范场相互作用的轴子从磁单极子环中获得一个势。这是威滕效应的结果:轴子场使单极子获得电荷,并改变它们的能谱。轴子势也可以被理解为一种瞬子效应,是由于欧几里德双世界线缠绕在其双子集体坐标上。我们计算这种效果,它具有共同的特点与nonabelian瞬子和欧几里得膜瞬子。为了提供一致性检查,我们认为,这种轴子潜在的消失在一个无质量的带电费米子的存在下,它是强大的,对存在较高的导数校正的有效拉格朗日。最后,作为连接粒子唯象学现象学和宇宙学的第一步,我们讨论的制度中,这种潜力是重要的,在确定暗物质遗迹丰度在一个隐藏的部门包含一个阿贝尔规范群,单极子和轴子。
2021-05-20 hep-ph hep-th
Enhanced EDMs from Small Instantons
我们表明,模型中,强$CP$问题是通过引入一个轴子场的质量增强非QCD UV动力学在一个规模$Λ_{\rm SI}$表现出增强的敏感性外部来源的$CP$违反解决。在$CP$ -奇数源的更高维度下,在$Λ_{\rm CP}$的尺度下,增强轴子质量的相同机制也会修改轴子势,使势最小值移动$\proptoΛ^2_{\rm SI}/Λ^2_{\rm CP}$。这种$CP$破坏增强的现象,它提出了严格的限制,新的物理学的规模,明确证明了在一个广泛的“小瞬子”模型与$CP$奇源所产生的六维温伯格胶子和四费米子运营商。我们发现,对于重轴子质量$\gtrsim 100$兆电子伏,所产生的新的动力学在$Λ_{\rm SI}\lesssim 10^{10}$ GeV,$CP$违反产生的普朗克尺度可以探测未来的电偶极矩实验。
2022-08-04 hep-ph
The Problem of Axion Quality: A Low Energy Effective Action Perspective
任何可能的Peccei-Quinn(PQ)对称都容易受到各种类型的显式破缺的影响。人们早就认识到,这些可以破坏强CP问题的轴子解决方案。也有人认为,在某些情况下,这些可能导致轴子的质量惊人地大。对这个计算的两种类型的修正已经被广泛考虑:高维对称破缺算子,在理论上有一个复杂的场负责PQ对称的自发破缺,和小瞬子。受小瞬子主导非阿贝尔规范理论的$θ$势的情况下,我们制定的问题的轴子质量的威尔逊有效作用的尺度上的限制,略高于QCD的规模。在这种语言中,标准的轴子质量计算假设在这个动作中几乎精确的PQ对称性。高维算子和/或小瞬子代表威尔逊作用量中的对称破缺项。这幅图允许对{ \it轴子质量}问题进行统一处理。如果假设高能时一阶CP破坏,那么解决强CP问题会限制威尔逊作用量中的轴子势项;特别是,轴子质量必须非常接近其“标准”值。
2022-07-03 hep-ph
Gauge coupling jump and small instantons from a large non-minimal coupling
本文研究了大非最小耦合对gauge耦合阈值效应的影响,发现gauge耦合在中间尺度附近跃迁,并可能增强小瞬子贡献,从而影响QCD轴子相关问题。
2024-11-11 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Small instantons and the strong CP problem in composite Higgs models
我们表明,QCD瞬子可以产生大的影响,在小的长度尺度在紫外线的标准复合希格斯模型,利用部分复合。这对这些模型中强CP问题的可能解决方案具有重要意义。首先,我们表明,在最简单的已知的复合希格斯模型的UV完成,如果一个轴子也存在,它可以有一个质量比通常的QCD轴子大得多。更值得注意的是没有轴子的情况,但是强CP问题可以通过完全由瞬子的贡献产生上夸克质量来解决,从而恢复了这些模型的无质量上夸克解。在这两种情况下,除了实现部分复合性所需的内容之外,不需要额外的字段内容。
2020-11-30 hep-ph hep-th
Modification of Decay Constants of Superstring Axions: Effects of Flux Compactification and Axion Mixing
我们研究降低超弦轴子衰变常数的可能性。在杂种优势的Calabi-Yau紧化中,一个依赖于模型的定域轴子可以出现在一个几乎坍缩的2-圈上。通量的影响可以用来产生轴子衰减常数的翘曲因子抑制。我们还指出,比QCD瞬子势高得多的隐扇区瞬子势具有比QCD轴子更大的有效轴子衰变常数。我们表明,这可以通过引入许多隐藏的扇区夸克,使QCD轴子的衰变常数原来是比弦尺度小得多的转换。
2006-06-23 astro-ph hep-ph hep-th
Five dimensional $SU(5) \times U(1)_{\rm PQ}$ grand unification
提出解决强 CP 问题的五维大统一模型,通过边界条件破缺规范群并解释质量劈裂与 QCD axion 的产生,预测了质子衰变信号且统一了大统一与 axion 衰变尺度。
2025-05-19 hep-ph
Cosmological implications of a light dilaton
超对称的Peccei-Quinn对称性和弦论预言了一个由介子和轴子组成的复杂标量场。这些场在高能量下是无质量的,但很久以来就知道轴子在瞬子主导的真空中是稳定的。瞬子和轴子一起也提供了一种机制来稳定介子,从而解释了介子作为一种可能的冷暗物质成分伴随着轴子。我们简要回顾了这种情况的前景,并指出进一步的影响。
1998-01-14 hep-ph hep-th
Black Holes and Abelian Instantons
本文提出引力阿贝尔瞬子是标准模型与引力耦合的物理参数,通过非微扰贡献破坏轴子位移对称性。
2025-12-15 gr-qc hep-ph hep-th
Heavy axion in asymptotically safe QCD
假设QCD表现出相互作用的不动点行为在紫外区,我认为,轴子可以大大重于传统的情况下,渐近自由QCD由于小尺寸瞬子的质量的增强贡献。
2016-07-22 hep-ph hep-th
An Ultralight Axion in Supersymmetry and Strings and Cosmology at Small Scales
讨论了在超重力和弦中产生质量为$\sim 10^{-21}-10^{-22}$ eV的超轻轴子的动力学机制。这种质量的超轻粒子为暗物质提供了一个候选者,它可能在$10\, {\rm kpc}$或更小的尺度上为宇宙学发挥作用。一个有效的轴子质量算子方法为超轻轴子模型提供了一个一般框架,在一种情况下,将尺度$10^{-21}-10^{-22}$ eV恢复为电弱尺度乘以具有$O(1)$威尔逊系数的层次的平方。我们讨论了几类模型实现这个框架,可以产生必要的大小的超轻轴子。在一类超对称模型中,超轻轴子是由类瞬子效应产生的。在第二类高维运营商涉及耦合的希格斯,标准模型单线态,和轴子领域自然导致超轻轴子。此外,对于所考虑的模型类,超轻尺度和弱尺度之间的层次结构得以维持。我们还讨论了一个超轻的规模内字符串为基础的模型的生成。在这里,它表明,在单模KKLT模稳定计划的超轻轴子将需要一个超低的弱标度。然而,在大体积场景中,轴子尺度和弱尺度之间的期望层次是实现的。本文讨论了弦框架内希格斯场与瞬子耦合的一般分析,并指出实现这种耦合的必要条件是瞬子存在矢量零模。这些模型的一些唯象方面进行了讨论。
2017-03-22 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Axion phenomenology and $θ$-dependence from $N_f = 2+1$ lattice QCD
本文研究了具有物理夸克质量的$N_f = 2+1$ QCD在零温度和有限温度下的拓扑性质。我们采用坚固的改进的交错费米子,并探索了一系列的晶格间距$a \sim 0.05 - 0.12$ fm。在零温度下,我们估计有限的尺寸和有限的截止效应,比较我们的连续外推结果的拓扑磁化率$χ$与手征微扰理论的预测。在有限的温度下,我们探索一个区域从$T_c$到周围$4\, T_c$,在那里我们提供连续外推的拓扑磁化率和拓扑电荷分布的第四时刻的结果。虽然后者收敛到稀瞬子气体的预测,前者在大小和温度依赖性方面都有很大的不同。这导致了轴子暗物质窗口相对于瞬子计算几乎一个数量级的移动。
2016-04-12 hep-lat hep-ph
QCD Axion Star Collapse with the Chiral Potential
在以前的工作中,我们使用低能瞬子势分析了坍缩的轴子星,表明总能量总是有界的,坍缩的轴子星不会形成黑洞。在本文中,我们证明了当用更一般的QCD轴子手征势代替时,结论是不变的。
2017-02-17 hep-ph
The topological susceptibility in finite temperature QCD and axion cosmology
本文利用高度改进的交错夸克作用量和几种晶格间距(对应于晶格的时间范围),$N_τ=6,8,10$和$12$,研究了手征交叉跃迁温度以上2+1味QCD的拓扑磁化率.我们观察到非常明显的温度依赖性的拓扑磁化率在$250$ MeV以上和以下的范围。当温度高于$250$ MeV时,这种依赖性与稀瞬子气体近似一致,而在较低温度时,拓扑磁化率的下降较温和.我们讨论了宇宙学的结果,其中我们估计的界限上的轴子衰变常数和振荡温度,如果确实QCD轴子是一个可能的暗物质的候选人。
2016-11-23 astro-ph.CO hep-lat hep-ph
Cosmological production of ultralight dark matter axions
质量为$m_a\sim 10^{-22}\,\textrm{eV}$的标量场的高密度低能激发可以代表宇宙的全部暗物质含量,并缓解小尺度上标准宇宙学场景中的一些紧张局势。这种{ \it模糊暗物质}成分通常被认为是物质扇区中新的类轴子粒子的结果,但为了简单起见,它通常被建模为一个简单的自由二次场。在本文中,我们考虑如何修改宇宙学约束时,瞬子势和温度依赖的质量的影响。目前的等曲率和张量边界证实,这个粒子应该形成之前的低尺度膨胀期与哈勃参数$H_I\lesssim 2.5\times 10^{12}\,\textrm{GeV}$,根据以前的自由场分析结束。轴子衰变常数$f_a$是确定轴子耦合的重要参数,它出现在瞬子势中,决定着遗迹的丰度、星系核对轴子辐射的稳定性以及模糊暗物质的直接搜索。如果轴子质量是$T$独立的,我们发现,$f_a\gtrsim 10^{16}\,\text{GeV}$是必要的,以达到所观察到的遗物密度没有微调的初始条件,而对于一个$T$依赖的情况下,这个界限可以降低一个数量级。然而,瞬子势中的非谐性,主要是一个$T$依赖的质量,可以延迟场振荡的发生,导致更大的物理抑制尺度的物质功率谱为一个固定的零温度轴子质量。这可能有利于一个字符串或意外的轴子出现在一个强耦合规范部门,如果这个模型需要提供大的星系晕核心,同时满足观测约束宇宙结构的形成。
2017-02-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Topology in QCD and the axion abundance
QCD中拓扑磁化率的温度依赖性chi_t,本质上决定了宇宙中QCD轴子的丰度,并且通常基于瞬子图像估计为温度的某个负幂。虽然格点量子色动力学原则上应该能够检查这种行为,但实际上格点量子色动力学工作的温度范围相当有限,因为拓扑电荷在高温下容易冻结。在这项工作中,提出了两个探索性的研究。在第一部分中,我们试图指定淬火近似的温度范围。由于我们的目的是通过淬火模拟来估计非淬火QCD中预期的范围,因此采用混合蒙特卡罗(HMC)算法代替热浴算法。我们得到一个指示,未淬火计算的chi_t遇到严重的自相关问题已经在T~ 2 Tc或甚至低于与平原HMC。在第二部分中,我们重新讨论了轴子丰度。实际QCD中的chi_t的绝对值和温度依赖性与淬火近似中的有很大不同,并且在临界温度以上不能很好地建立。基于这一事实和与传统的瞬子图像不一致的先例,我们估计了一个极端情况下的轴子丰度,其中chi_t的下降速度比传统的幂函数行为快得多。在这种情况下,我们发现一个显着的增强的轴子丰度。
2015-10-21 hep-lat hep-ph
An SU(5)$\otimes$Z_{13} Grand Unification Model
我们提出了一个SU(5)大统一模型,该模型包含一个不可见的轴子和三个耦合常数的统一,这三个耦合常数在$M_Z$处与$α$,$α_s$和$\sin^2θ_W$的值一致.离散的、反常的$Z_{13}$对称性意味着佩切-奎因对称性是经典拉格朗日量的自动对称性,同时保护不可见的轴子免受可能的半经典引力效应的影响。虽然统一尺度是Peccei-Quinn尺度的量级,但质子是稳定的,因为在这个模型中,标准模型场形成SU(5)多重态,并由新的奇异场完成,而且还因为它受到$Z_{13}$对称性的保护。
2007-12-08 hep-ph
Axion Dark Matter, Proton Decay and Unification
我们讨论了在大统一理论中预言QCD轴子质量的可能性。我们研究了DFSZ机制在可重正化SU(5)理论背景下的实现。在最简单的理论中,轴子质量可以在$m_a = (2-16)$ neV的范围内以良好的精度预测,并且轴子质量和质子衰变率的预测之间有很强的相关性。在这种情况下,我们预测的质子衰变通道与反中微子,$τ(p\to K^+ \barν) \lesssim 4 \times 10^{37} \text{ yr}$和$τ(p \to π^+ \barν) \lesssim 2 \times 10^{36}\text{ yr}$的上限。这个理论可以被认为是具有DFSZ机制的最小现实大统一理论,并且可以通过质子衰变和轴子实验得到充分的检验。
2019-12-21 hep-ex hep-ph
The Mass of the Heavy Axion $η_6$
如果电弱动力学对称性破缺是由于色六重夸克的手征凝聚,那么与“行走的彩色”类似的动力学将使凝聚比电弱手征尺度增强几个数量级。这种增强补偿了电弱标度色瞬子相互作用的指数抑制。结果,$η_6$轴子可以自然地获得电弱标度质量。
1993-07-16 hep-ph
Primer on Axion Physics
该文是面向具备基础量子场论知识读者的轴子物理入门材料,综述经典轴子势及背后场论,通过瞬子诱导戈德斯通场破缺的显式计算推导轴子质量与衰变常数关系。
2023-08-16 hep-ph
Recent progress on QCD inputs for axion phenomenology
QCD轴子的性质与强相互作用对拓扑参数θ的依赖性密切相关。我们提出了一个确定的拓扑性质的QCD的温度高达约600 MeV,得到的格点量子色动力学模拟与2+1口味和物理夸克质量。的拓扑磁化率的数值结果相比,瞬子气体计算,不同的大小和温度依赖性。我们讨论了这样的研究结果的轴子现象学的影响,也比较类似的研究文献中,和未来的调查前景。
2016-12-19 hep-lat hep-ph
An Extra-Dimensional Axion in a 5D Warped Orbifold GUT
William I. Fine Theoretical Physics Institute, School of Physics and Astronomy, University of Minnesota(明尼苏达大学物理与天文学院威廉·I·芬理论物理研究所);School of Physics and Astronomy, University of Minnesota(明尼苏达大学物理与天文学院)
该研究探讨了五维弯曲轨道GUT中轴子衰变常数的可行范围,发现其在普朗克尺度附近可保持扰动性,从而自然容纳高质量QCD轴子。
2025-12-17 hep-ph hep-th
Moving Five-Branes and Membrane Instantons in Low Energy Heterotic M-Theory
我们研究宇宙学的解决方案的背景下,4-维低能异质M-理论与移动体膜。特别是,我们提出了非平凡的,解析的轴子解决方案所产生的新的对称性的完全潜在的自由行动,这是类似的“三重轴子”的解决方案中发现的前大爆炸(PBB)宇宙学。我们还考虑了非微扰超势的存在,我们发现宇宙学的解决方案,并没有一个完美的背景流体。在没有流体存在的情况下,膜子和T-模量在较晚的时候进入无势解,而运动的膜试图避免与边界碰撞并在体块内稳定。当流体被包括在内时,我们发现场的实部跟踪它的行为,并且运动的膜在边界之间的中点处变得稳定。在后一种情况下,我们可以对场的演化进行解析近似,无论是否包括轴子,我们认为这种设置是实现典型场景的可能性。
2004-06-21 hep-ph hep-th
Monopoles, Axions and Intermediate Mass Dark Matter
我们提出了一个解决方案遇到的宇宙学问题(超对称)大统一理论,由于丰富的混合通货膨胀结束时的量子生产。通过使用由U(1)轴子对称性“驱动”的热膨胀,超重的中微子通量可以自然地被抑制到专用的大规模实验应该可以达到的值。U(1)轴子对称性也有助于为最小超对称标准模型的μ项产生正确的量值。一个重要的副产品是预测存在稳定或寿命很长的费米子,拥有10^{12} GeV量级的中间尺度质量。它们的存在是实现热膨胀所必需的,它们的稳定性是由于Z_2对称性。它们可能构成了冷暗物质中相当大的一部分,并可能有助于解释超高能宇宙射线事件。其余的冷暗物质可能由轴子组成。虽然我们的讨论是在超对称SU(4)_cxSU(2)_LxSU(2)_R的框架内进行的,但它也可以推广到其他大统一规范群,如SU(3)_cxSU(3)_LxSU(3)_R或SO(10)。
2000-07-20 hep-ph
Emergent/Composite axions
耦合到SM的隐藏理论可以提供涌现的轴子,即隐藏场的复合物/束缚态。这是由AdS/CFT对应中出现的范例激发的,但它是一种更普遍的现象。我们探索的一般设置,并发现,紫外线源的相互作用的瞬子密度产生紧急的轴子在IR。我们研究了这样的轴子的一般性质,并认为他们是一般不同的基本和复合的轴子已经研究到目前为止。
2019-10-21 hep-ph hep-th