Extreme Axions revelados: uma nova abordagem fluida para modelagem cosmológica - Resumo e introdução

Tabela de links

• Resumo e introdução
• Métodos
• Fenomenologia
• Discussão e Trabalho Futuro
• Conclusão
• Agradecimentos e Referências

ABSTRATO

1. INTRODUÇÃO

Partículas semelhantes a axions (ALPs) são uma ampla classe de candidatas a partículas de matéria escura (DM) que possuem uma forte justificativa teórica e uma variedade de assinaturas potencialmente observáveis. Embora o áxion da cromodinâmica quântica tradicional (QCD) seja um bóson pseudo-Nambu-Goldstone resultante de uma simetria Peccei-Quinn quebrada (Peccei & Quinn 1977), os ALPs podem surgir de simetrias quebradas de forma mais geral e são produzidos naturalmente a partir de uma variedade de cordas. teorias como resultado de dimensões superiores compactadas, tornando-as candidatas a partículas DM bem motivadas (Dine & Fischler 1983; Preskill et al. 1983; Abbott & Sikivie 1983; Svrcek & Witten 2006; Duffy & van Bibber 2009; Arvanitaki et al. 2010; Marsh 2016; Ao longo deste trabalho, usaremos axion e ALP indistintamente para nos referirmos a esta ampla classe de candidatos DM de pseudo-bóson Nambu-Goldstone de baixa massa.

Alguns trabalhos foram feitos para modelar a evolução do campo axion com esses ângulos iniciais extremos, como os trabalhos de Cedeno et al. ~ (2017); Zhang e Chiueh (2017b); Leong et al. (2019); Zhang e Chiueh (2017a). No entanto, a natureza de oscilação rápida desses campos de axions (tanto no nível de fundo quanto no nível de perturbação) necessita de uma resolução temporal extremamente alta para os cálculos, exigindo longos tempos de computação para uma solução de força bruta Zhang & Chiueh (2017b,a). Isso torna a execução de estimativas repetidas da evolução do áxion, do tipo necessário para uma Cadeia de Markov Monte Carlo (MCMC) ou outro método de amostragem de verossimilhança, proibitivamente cara.

Neste trabalho, apresentamos um novo método para modelar com eficiência e precisão o comportamento desses áxions extremos como um fluido cosmológico. Seguimos a estrutura do código de modelagem axion vanilla axionCAMB, explicado com mais detalhes em Hlozek et al. ˇ (2015). Implementamos uma série de inovações e melhorias nas previsões computacionais do axionCAMB para observáveis cosmológicos, como o MPS linear. Estas inovações, descritas com mais detalhes na Seção 2, incluem uma reestruturação das condições iniciais e uma nova velocidade sonora efetiva do fluido axion extremo. Todas essas inovações reduzem o tempo de execução para modelar eixos extremos para aproximadamente 7 segundos. Isso abre novas oportunidades para colocar restrições observacionais em modelos de axion extremos com algoritmos MCMC de dimensão superior que requerem dezenas de milhares de chamadas para o código de evolução de axion.