Extreme Axions dévoilé : une nouvelle approche fluide pour la modélisation cosmologique - Résumé et introduction

Tableau des liens

• Résumé et introduction
• Méthodes
• Phénoménologie
• Discussion et travaux futurs
• Conclusion
• Remerciements et références

ABSTRAIT

1. INTRODUCTION

Les particules de type axion (ALP) constituent une vaste classe de particules candidates de matière noire (DM) qui possèdent à la fois une solide justification théorique et une variété de signatures potentiellement observables. Alors que l'axion traditionnel de la chromodynamique quantique (QCD) est un boson pseudo-Nambu-Goldstone résultant d'une symétrie Peccei-Quinn brisée (Peccei & Quinn 1977), les ALP peuvent provenir de symétries brisées de manière plus générale et sont produites naturellement à partir d'une variété de cordes. théories en raison de dimensions supérieures compactées, ce qui en fait un candidat particule DM bien motivé (Dine & Fischler 1983; Preskill et al. 1983; Abbott & Sikivie 1983; Svrcek & Witten 2006; Duffy & van Bibber 2009; Arvanitaki et al. 2010 ; Marsh 2016 ; Adams et coll. Tout au long de ce travail, nous utiliserons de manière interchangeable axion et ALP pour désigner cette large classe de candidats DM au boson pseudo-Nambu-Goldstone de faible masse.

Certains travaux ont été réalisés pour modéliser l'évolution du champ d'axions avec ces angles de départ extrêmes, comme les travaux de Cedeno et al. ˜ (2017) ; Zhang et Chiueh (2017b) ; Léong et coll. (2019) ; Zhang et Chiueh (2017a). Cependant, la nature oscillante rapide de ces champs d'axions (à la fois au niveau de fond et de perturbation) nécessite une résolution temporelle extrêmement élevée pour les calculs, ce qui nécessite de longs temps de calcul pour une solution par force brute Zhang & Chiueh (2017b, a). Cela rend l'exécution d'estimations répétées de l'évolution de l'axion, du type requis pour une méthode de Monte Carlo à chaîne de Markov (MCMC) ou une autre méthode d'échantillonnage par vraisemblance, d'un coût prohibitif.

Dans ce travail, nous présentons une nouvelle méthode permettant de modéliser efficacement et précisément le comportement de ces axions extrêmes en tant que fluide cosmologique. Nous suivons la structure du code de modélisation d'axions vanille axionCAMB, expliqué plus en détail dans Hlozek et al. ˇ (2015). Nous mettons en œuvre un certain nombre d'innovations et d'améliorations dans les prévisions de calcul d'axionCAMB pour les observables cosmologiques tels que le MPS linéaire. Ces innovations, décrites plus en détail dans la section 2, incluent une restructuration des conditions initiales et une nouvelle vitesse sonore effective du fluide axionique extrême. Toutes ces innovations réduisent le temps d'exécution pour modéliser les axions extrêmes à ∼ 7 secondes. Cela ouvre de nouvelles opportunités pour imposer des contraintes d'observation sur les modèles d'axions extrêmes avec des algorithmes MCMC de plus grande dimension qui nécessitent des dizaines de milliers d'appels au code d'évolution des axions.