Trapping effect for QCD axion dark matter
Trapping effect for QCD axion dark matter
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QCD轴子暗物质的捕获效应
DOI：
10.1088/1475-7516/2021/05/062
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发表时间：
2021
影响因子：
6.4
通讯作者：
Yamada Masaki
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Nakagawa Shota;Takahashi Fuminobu;Yamada Masaki
在早期宇宙中，标量场的势可以被显著地修改，并且标量场可能被长时间地困在与当前真空不同的位置。捕获效应可以增加或减少标量丰度。例如，在热暴胀中，标量场被热效应困在势的顶部，并在短时间内主导宇宙以驱动暴胀。另一方面，标量丰度可以在绝热抑制机制中被指数抑制，其中标量场通过与时间相关的捕获势绝热运动。在本研究中，我们研究了这种捕获效应对标量场丰度的影响。具体来说，我们研究了在双井势的情况下，标量场的丰度如何取决于其初始位置，并确定了控制丰度的物理量。然后，我们研究了轴突电位由于Witten效应而获得较大时间质量的不同轴向角值下的QCD轴子丰度。我们发现，如果捕获效应足够大，即使在最大电位附近被捕获，由于绝热抑制机制，轴子丰度也会被抑制。
In the early universe, the potential of a scalar field can be significantly modified, and the scalar field may be trapped for a long time in a different location than the current vacuum. The trapping effect can increase or decrease the scalar abundance. For instance, in thermal inflation, a scalar field is trapped at the top of the potential by a thermal effect and dominates the universe to drive inflation for a short period of time. On the other hand, a scalar abundance can be exponentially suppressed in the adiabatic suppression mechanism, where a scalar field moves adiabatically by a time-dependent trapping potential. In this study, we investigate such a trapping effect on the abundance of scalar fields. Specifically, we investigate how the abundance of a scalar field depends on its initial position in the case of a double well potential and identify the physical quantity that controls the abundance. Then, we study the QCD axion abundance for various values of the misalignment angle, where the axon potential receives a large temporal mass due to the Witten effect. We find that the axion abundance is suppressed due to the adiabatic suppression mechanism even when it is trapped near the maximum of the potential, if the trapping effect is sufficiently large.
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