来自精确质子稳定性的轴子质量
Axion Quality from Exact Proton Stability
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中文总结 AI 辅助
本文提出一种由轻子味非普适$\boldsymbol{\rm U(1)_X}$希格斯机制生成的无反常$\boldsymbol{\rm Z_9}$对称性，结合手征重夸克领域得到高质量QCD轴子，可实现精确质子稳定性，还能与热轻子生成共存以构成全部暗物质。
中文摘要 AI 辅助
一种离散的、无反常的$\boldsymbol{\rm Z_9}$规范对称性可能持续到深红外区域，从而精确禁止质子衰变。该$\boldsymbol{\rm Z_9}$可通过对轻子味非普适的$\boldsymbol{\rm U(1)_X}$进行希格斯机制生成，$\boldsymbol{\rm U(1)_X}$能通过高能标 seesaw 机制产生符合实际的中微子质量与混合，并预言额外的轻戈德斯通玻色子。加入无反常的手征重夸克领域后，该模式转化为QCD轴子。禁止质子衰变的相同选择规则也禁止了低于合适高维的PQ破坏算符$\boldsymbol{d_{\rm PQ}\raisebox{0.1em}{$\textstyle \buildrel \text{} \to \text{}$}10}$，包括涉及重夸克的算符，这些算符会辐射匹配到标量势。我们构建了PQ对称性在暴胀前或暴胀后破缺时均可行的明确模型；在后一情形中，避免稳定重遗迹并消除弦-墙网络对重夸克谱施加了严格约束。我们确定了参数空间的受限区域，其中热轻子生成仍可行，且当$\boldsymbol{d_{\rm PQ}\raisebox{0.1em}{$\textstyle \buildrel \text{} \to \text{}$}13}$时，热轻子生成可与构成全部暗物质的高质量轴子共存。
英文摘要
A discrete, anomaly-free $\mathbb Z_9$ gauge symmetry may persist to the deep infrared, exactly forbidding proton decay. This $\mathbb Z_9$ can emerge from Higgsing a lepton-flavour non-universal $U(1)_X$ that generates realistic neutrino masses and mixings through a high-scale seesaw and predicts an additional light Goldstone. Adding an anomaly-free chiral heavy-quark sector turns this mode into the QCD axion. The same selection rules that ban proton decay also forbid PQ-violating operators below a suitably high dimension, $d_{\rm PQ}\gtrsim10$, including operators involving the heavy quarks that radiatively match onto the scalar potential. We construct explicit models viable when PQ breaking occurs before or after inflation; in the latter case, avoiding stable heavy relics and eliminating the string-wall network tightly constrain the heavy-quark spectrum. We identify restricted regions of parameter space where thermal leptogenesis remains viable and, for $d_{\rm PQ}\geq13$, can coexist with a high-quality axion constituting all of the dark matter.
发表机构
- CERN（欧洲核子研究中心）
- University of Cambridge（剑桥大学）
- University of Basel（巴塞尔大学）
机构由 AI 辅助整理，请以论文原文为准。
