Cosmological problems with multiple axion-like fields
Cosmological problems with multiple axion-like fields
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具有多个类轴子场的宇宙学问题
DOI：
10.1088/1475-7516/2011/05/001
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发表时间：
2011
影响因子：
6.4
通讯作者：
Mack K
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Mack K
在满足暗物质密度和等曲率涨落的电流约束的同时，要使QCD轴子膨胀，需要对Peccei-Quinn破缺尺度f a> 10 - 12 GeV的暴胀参数或轴子失准角（或两者）进行非最小的微调.为了测量具有许多类轴子场的模型中的调谐程度，这些类轴子场具有类似的破缺尺度和质量，就像在包含QCD轴子的弦理论模型中可能发生的那样，我们引入了一个品质因数Script F，它测量允许参数空间的分数体积：慢滚参数θ 1与每个轴子失准角θ 0的乘积。对于单个轴子，需要脚本F 10− 11以避免与观测值冲突。我们表明，脚本F的微调成为指数更极端的情况下，许多轴子类字段。人择参数是不足以解释微调，因为大部分的人择允许的参数空间被排除在观测宇宙微波背景isocurvature模式的限制。因此，这种调整对弦论模型与轻轴子和暴胀宇宙学的兼容性提出了挑战。
Incorporating the QCD axion and simultaneously satisfying current constraints on the dark matter density and isocurvature fluctuations requires non-minimal fine-tuning of inflationary parameters or the axion misalignment angle (or both) for Peccei-Quinn symmetry-breaking scales f a> 10 12 GeV. To gauge the degree of tuning in models with many axion-like fields at similar symmetry-breaking scales and masses, as may occur in string theoretic models that include a QCD axion, we introduce a figure of merit Script F that measures the fractional volume of allowed parameter space: the product of the slow roll parameter epsilon and each of the axion misalignment angles, θ 0. For a single axion, Script F≲ 10− 11 is needed to avoid conflict with observations. We show that the fine tuning of Script F becomes exponentially more extreme in the case of numerous axion-like fields. Anthropic arguments are insufficient to explain the fine tuning because the bulk of the anthropically allowed parameter space is observationally ruled out by limits on the cosmic microwave background isocurvature modes. Therefore, this tuning presents a challenge to the compatibility of string-theoretic models with light axions and inflationary cosmology.
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