调和轴子质量与暴胀后宇宙学
Reconciling axion quality with post-inflation cosmology
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中文总结 AI 辅助
本文提出一种新框架，通过SU(N)_L×SU(N)_R规范对称性偶然产生PQ对称性，解决轴子质量与暴胀后宇宙学的矛盾，并确保轴子成为暗物质主要成分且质量可预测。
中文摘要 AI 辅助
我们解决了在暴胀后Peccei-Quinn（PQ）对称性破缺场景中经常困扰QCD轴子模型的轴子质量/宇宙学张力问题。在所提出的框架中，PQ对称性是从一个自发破缺为SU(N)_{L+R}的SU(N)_L×SU(N)_R规范对称性中偶然出现的，其质量受到保护，因为PQ破缺首先出现在算子维度N处。此外，该构造避免了畴壁问题，确保没有稳定的分数电荷遗迹在SU(N)_{L+R}禁闭后存留，并且在PQ破缺算子尺度以下保持无朗道极点。产生PQ反常所需的奇异夸克强子化为不稳定的介子和宇宙学上稳定的中性重子。然而，表明在大N下SU(N)规范理论中重子形成受到强烈抑制的合理论据，暗示它们对暗物质能量密度的贡献仍然是次主导的。将宇宙学约束与PQ质量和微扰性要求相结合，产生了一个可行的参数空间，在该空间中轴子构成了大部分暗物质，并且其质量保持可预测。
英文摘要
We address the axion quality/cosmology tension that often plagues QCD axion models in post-inflationary Peccei-Quinn (PQ) breaking scenarios. In the proposed framework, the PQ symmetry emerges accidentally from an ${\rm SU}(\mathcal{N})_L\times{\rm SU}(\mathcal{N})_R$ gauge symmetry spontaneously broken to ${\rm SU}(\mathcal{N})_{L+R}$, and its quality is protected because PQ breaking first appears at operator dimension $\mathcal{N}$. Moreover, the construction avoids the domain-wall problem, ensures that no stable fractionally charged relic survives ${\rm SU} (\mathcal{N})_{L+R}$ confinement, and remains free of Landau poles below the scale of PQ-breaking operators. The exotic quarks required to generate the PQ anomaly hadronize into unstable mesons and cosmologically stable neutral baryons. However, plausible arguments indicating a strong suppression of baryon formation in ${\rm SU}(\mathcal{N})$ gauge theories at large $\mathcal{N}$, suggest that their contribution to the dark matter energy density remains subdominant. Combining cosmological constraints with PQ quality and perturbativity requirements yields a viable parameter space in which the axion makes up most of the dark matter and its mass remains predictable.
发表机构
- INFN Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所帕多瓦分部）
- SISSA, International School for Advanced Studies（国际高等研究学院）
- Physics Department and INFN Sezione di Roma La Sapienza（罗马第一大学物理系及意大利国家核物理研究所罗马拉萨皮恩扎分部）
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati（意大利国家核物理研究所弗拉斯卡蒂国家实验室）
- Laboratory of High Energy and Computational Physics, NICPB（爱沙尼亚塔尔图大学尼古拉斯·博姆物理与计算物理实验室）
机构由 AI 辅助整理，请以论文原文为准。
