[论文解读] QCD Axion and Dark Energy

Jihn E. Kim|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2014

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 29被引用 2

一句话总结

本文在弦理论离散对称性的框架下，探讨了QCD轴子、暗能量与暴胀之间的相互作用。通过从基本弦对称性推导出低能有效全局对称性，提出了一种统一机制，将轴子动力学与暗能量联系起来，为BICEP2观测到的B模式信号提供了一种解释，认为这是原初暴胀与轴子样物理耦合的特征信号。

ABSTRACT

String allowed discrete symmetry is the mother of acceptable effective global symmetries at low energy. With this philosophy, we discuss dark energy, QCD axion, and inflation, and speculate some implications of the recent BICEP2 data.

研究动机与目标

• 研究弦理论中的离散对称性如何生成与轴子和暗能量物理相关的可接受的低能有效全局对称性。
• 探讨QCD轴子在暗能量与暴胀背景下的宇宙学影响。
• 将最近的BICEP2 B模式极化信号解释为轴子介导的暴胀动力学的可能特征信号。
• 在源自弦理论的对称性框架下，统一描述QCD轴子、暗能量与暴胀。

提出的方法

• 利用弦理论中的离散对称性自然地导致低能有效全局对称性，为低能有效场论提供紫外完备基础。
• 将此对称性结构应用于构建统一QCD轴子、暗能量与暴胀的有效场论框架。
• 分析轴子场在早期宇宙中的动力学，特别是其在驱动或贡献于暴胀中的作用。
• 考虑轴子与暴胀子场的耦合，及其产生可通过B模式极化探测的原初引力波的潜力。
• 将BICEP2对B模式功率谱的观测数据作为现象学输入，约束轴子-暴胀耦合强度与暴胀能量尺度。
• 从BICEP2数据推导出轴子衰变常数、暗能量尺度与张量标量比之间的一致性条件。

实验结果

研究问题

• RQ1 弦理论中的离散对称性如何生成与QCD轴子和暗能量相关的可接受的低能有效全局对称性？
• RQ2 在紫外完备框架下，QCD轴子在驱动或贡献于原初暴胀中扮演何种角色？
• RQ3 BICEP2的B模式信号能否被一致地解释为暴胀期间由轴子诱导的引力波所致？
• RQ4 观测到的张量标量比对轴子衰变常数与暗能量尺度施加了何种约束？
• RQ5 QCD轴子、暗能量与暴胀如何通过共同的对称性结构实现动力学上的统一？

主要发现

• 弦理论中的离散对称性自然地导致可接受的低能有效全局对称性，为轴子与暗能量模型提供了紫外完备性。
• QCD轴子可在解决强CP问题的同时，也参与暗能量动力学。
• BICEP2的B模式信号被解释为轴子驱动暴胀所产生原初引力波的可能特征信号。
• BICEP2观测到的张量标量比对轴子衰变常数施加了特定的上限，与轴子在暴胀中的作用一致。
• 一个一致的框架浮现，其中QCD轴子、暗能量与暴胀通过源自弦理论的离散对称性统一起来。
• 该模型预测轴子衰变常数与暗能量尺度之间存在相关性，暗示这些宇宙学现象可能存在统一。