[论文解读] Coupling of quintessence to pseudoscalar of electromagnetism and CMB polarization

Guo-Chin Liu, Seokcheon Lee+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 11, 2006

Cosmology and Gravitation Theories被引用 1

一句话总结

本文研究了暗能量标量场与电磁学赝标量场之间的耦合，表明该耦合会导致宇宙微波背景（CMB）偏振面发生旋转，从而产生非零的B模和宇称破坏的TB/EB谱。利用BOOMERANG B03数据，本文对耦合强度设定了迄今为止最严格的约束，同时指出了该信号与引力透镜引起的B模之间可能存在的混淆。

ABSTRACT

We present the full set of power spectra of cosmic microwave background (CMB) temperature and polarization anisotropies due to the coupling between quintessence and pseudoscalar of electromagnetism. This coupling induces the rotation of the polarization plane of CMB photons, thus resulting in non-vanishing B mode and parity-violating TB and EB modes. Using the 2003 flight of BOOMERANG (B03) data, we give the most stringent constraint on the coupling strength. In some cases, the rotation-induced B mode can confuse the hunting for the gravitational lensing-induced B mode. The existence of a dark component with an effective negative pressure, supported by several observations especially the Hubble diagram for the type-Ia supernovae (see, for example, [1, 2]), is still one of the puzzles in cosmology. Cosmological constant is the simplest possibility for such dark component. However, the observed value of the cosmological constant is

研究动机与目标

• 研究暗能量标量场与电磁学赝标量场之间的耦合对CMB各向异性的影响。
• 建立CMB偏振面旋转及其对温度和偏振功率谱影响的模型。
• 利用观测数据，特别是2003年BOOMERANG飞行任务（B03）的数据，约束耦合强度。
• 评估由旋转引起的B模与引力透镜引起的B模在CMB研究中可能存在的混淆问题。

提出的方法

• 推导在暗能量标量场-赝标量场耦合作用下CMB温度和偏振功率谱的完整集合。
• 将耦合作用建模为通过类似陈-西蒙斯的相互作用，诱导CMB光子偏振面发生旋转。
• 计算由于宇称破坏而产生的非零B模、TB模和EB模功率谱。
• 对2003年BOOMERANG（B03）CMB数据应用似然分析，以约束耦合强度。
• 将旋转引起的B模信号与标准引力透镜引起的B模进行比较，评估其退化风险。
• 利用宇宙学微扰理论和线性响应形式，计算修正后的CMB各向异性功率谱。

实验结果

研究问题

• RQ1 暗能量标量场与电磁学赝标量场之间的耦合如何影响CMB偏振功率谱？
• RQ2 这种耦合在非零B模和TB/EB相关性中的可观测特征是什么？
• RQ3 由旋转引起的B模在多大程度上可能模仿或掩盖引力透镜引起的B模信号？
• RQ4 从B03 BOOMERANG CMB数据中推导出的最紧耦合强度约束是什么？
• RQ5 这种耦合机制如何影响CMB各向异性的宇称结构？

主要发现

• 该耦合导致CMB偏振面发生旋转，从而产生非零的B模以及宇称破坏的TB和EB功率谱。
• B03 BOOMERANG数据为迄今为止对耦合强度的最严格约束。
• 由旋转引起的B模信号可能与引力透镜引起的B模信号混淆，从而复杂化其探测。
• 该模型预测由于耦合引起的宇称破坏，TB和EB谱将出现可测量的偏离。
• 分析证实，该耦合效应在CMB偏振数据中可被探测到，尤其是在TB和EB模中。
• 结果表明，未来的高精度CMB实验必须考虑此类耦合，以避免对B模信号的误解释。