[论文解读] 4321... axion

Javier Fuentes-Martín, Mario Reig+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 4, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 1

一句话总结

本文在最小 U₁ 规范轻子数破缺模型中提出了解决强 CP 问题的双轴子方案，将轴子物理与 B 介子衰变中轻子味 universality 的破坏联系起来。该模型的参数空间可自然解释暗物质，并通过紫外完成将 Peccei-Quinn 机制与中微子质量生成联系起来。

ABSTRACT

We analyze the strong CP problem and the implications for axion physics in the context of $U_1$ vector leptoquark models, recently put forward as an elegant solution to the hints of lepton flavor universality violation in B-meson decays. It is shown that in minimal gauge models containing the $U_1$ as a gauge boson, the Peccei-Quinn solution of the strong CP problem requires the introduction of two axions. Characteristic predictions for the associated axions can be deduced from the model parameter space hinted by B-physics, allowing the new axion sector to account for the dark matter of the Universe. We also provide a specific ultraviolet completion of the axion sector that connects the Peccei-Quinn mechanism to the generation of neutrino masses.

研究动机与目标

• 在解释 B 介子衰变中轻子味 universality 破坏迹象的 U₁ 规范轻子数破缺模型中解决强 CP 问题。
• 确定 Peccei-Quinn 机制是否可在不引入额外微调的前提下，一致地嵌入此类模型中。
• 探讨所预测轴子谱的宇宙学可行性，特别是其作为暗物质候选者的潜力。
• 构建一个紫外完备框架，将 Peccei-Quinn 对称性与中微子质量生成机制联系起来。

提出的方法

• 分析 U₁ 规范轻子数破缺模型的异常结构，以评估 Peccei-Quinn 对称性与强 CP 问题的一致性。
• 确定在何种条件下需要两个轴子来消除异常并稳定强 CP 参数。
• 利用 B 物理异常的约束映射模型的参数空间，推导轴子质量与耦合的预测。
• 通过涉及重规范费米子的 seesaw 类机制构建紫外完成，以从触发 Peccei-Quinn 对称性的同一动力学中生成中微子质量。
• 评估轴子衰减常数及其与光子和核子的耦合，以确定其与宇宙学和天体物理学约束的兼容性。
• 评估最轻轴子的遗迹丰度，以验证其作为暗物质候选者的潜力。

实验结果

研究问题

• RQ1 Peccei-Quinn 机制是否可在解决轻子味 universality 破坏问题的最小 U₁ 规范轻子数破缺模型中一致实现？
• RQ2 在这些模型中，为消除异常并解决强 CP 问题，需要多少个轴子？
• RQ3 轴子谱的预测性质是什么？它们是否能解释观测到的暗物质密度？
• RQ4 如何通过紫外完成方式使 Peccei-Quinn 对称性自然地生成中微子质量？
• RQ5 B 物理异常数据对轴子质量与耦合参数施加了何种约束？

主要发现

• 在最小 U₁ 规范轻子数破缺模型中，需要两个轴子来消除异常并解决强 CP 问题。
• 受 B 物理异常约束的模型参数空间，预测了与暗物质遗迹丰度一致的轴子质量和耦合。
• 在模型的可行参数范围内，最轻轴子可自然解释观测到的暗物质密度。
• 构建了一个紫外完成框架，其中 Peccei-Quinn 对称性与一种 seesaw 类机制相关联，从而生成中微子质量。
• 预测轴子与光子及核子的耦合处于未来实验搜索的探测范围内。
• 该模型实现了统一框架，其中轴子物理、暗物质与中微子质量生成通过动力学机制相互关联。