CMB 注入对模场的约束

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具有引力强度相互作用的轻标量场（模场）在弦理论、超引力和额外维度模型中普遍存在。如果它们在早期宇宙中产生且寿命超过复合时代，缓慢衰变的模场会向标准模型等离子体注入高能粒子，在宇宙微波背景（CMB）上留下独特的印记。在本文中，我们系统地推导了轻模场（$10^3\\ {\rm eV}\leq m_{\rm{mod}}\leq 10^8\\ {\rm eV}$）在主要宇宙学产生通道中的CMB注入约束，这些通道包括：真空错位、重标量/暴胀子衰变、来自原始等离子体的热发射（包括来自热弦的哈格多恩相的产生）。我们表明，这些注入约束施加了严格的限制，与标准宇宙学模场问题和第五力约束互补。

英文摘要

Light scalar fields with gravitational strength interactions (moduli) are ubiquitous in string, supergravity, and extra-dimensional models. If produced in the early universe with lifetimes exceeding the epoch of recombination, slowly decaying moduli inject energetic particles into the Standard Model plasma, leaving distinct imprints on the cosmic microwave background (CMB). In this paper we systematically derive CMB injection bounds on light moduli ($10^3\ {\rm eV}\leq m_{\rm{mod}}\leq 10^8\ {\rm eV}$) across the primary cosmological production channels: vacuum misalignment, heavy scalar/inflaton decay, thermal emission from the primordial plasma including production from a Hagedorn phase of hot strings. We show that these injection bounds impose stringent constraints that are complementary to both the standard cosmological moduli problem and fifth force bounds.

发表机构

• University of Manitoba（曼尼托巴大学）
• University of Winnipeg（温尼伯大学）
• Interdisciplinary Center for Theoretical Study, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学理论交叉研究中心）
• Peng Huanwu Center for Fundamental Theory（彭桓武基础理论中心）
• Harish-Chandra Research Institute（哈里什-昌德拉研究所）
• Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）
• Leinweber Institute of Theoretical Physics, Department of Physics, University of Michigan（密歇根大学物理系莱因韦伯理论物理研究所）
• New York University Abu Dhabi（纽约大学阿布扎比分校）
• DAMTP, University of Cambridge（剑桥大学应用数学与理论物理系）

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补充信息

备注

15 pages + appendix, 3 figures