Представлены экстремальные аксионы: новый жидкостный подход к космологическому моделированию – Аннотация и введение

Таблица ссылок

• Аннотация и введение
• Методы
• Феноменология
• Обсуждение и будущая работа
• Заключение
• Благодарности и ссылки

АБСТРАКТНЫЙ

1. ВВЕДЕНИЕ

Аксионоподобные частицы (ALP) представляют собой широкий класс кандидатов в частицы темной материи (DM), которые обладают как сильным теоретическим обоснованием, так и множеством потенциально наблюдаемых сигнатур. В то время как традиционный аксион квантовой хромодинамики (КХД) представляет собой бозон псевдо-Намбу-Голдстоуна, возникающий в результате нарушения симметрии Печчеи-Куинна (Печчеи и Куинн, 1977), ALP могут возникать из-за нарушения симметрии в более общем смысле и естественным образом образуются из различных струн. теории в результате компактификации высших измерений, что делает их хорошо мотивированными кандидатами на частицы ТМ (Dine & Fischler 1983; Preskill et al. 1983; Abbott & Sikivie 1983; Svrcek & Witten 2006; Duffy & van Bibber 2009; Arvanitaki et al. 2010 г.; Марш 2016 г.; На протяжении всей этой работы мы будем использовать аксион и ALP как синонимы для обозначения этого широкого класса маломассивных кандидатов в псевдобозоны Намбу-Голдстоуна в ДМ.

Была проведена некоторая работа по моделированию эволюции аксионного поля с этими крайними начальными углами, например, работы Седено и др. ˜ (2017); Чжан и Чиуэ (2017b); Леонг и др. (2019); Чжан и Чиуэ (2017a). Однако быстроколеблющийся характер этих аксионных полей (как на уровне фона, так и на уровне возмущений) требует чрезвычайно высокого временного разрешения для вычислений, что требует длительного времени вычислений для решения методом грубой силы. Zhang & Chiueh (2017b,a). Это делает проведение повторных оценок эволюции аксионов, необходимых для метода Марковской цепи Монте-Карло (MCMC) или другого метода выборки правдоподобия, непомерно дорогим.

В этой работе мы представляем новый метод эффективного и точного моделирования поведения этих крайних аксионов как космологической жидкости. Мы следуем структуре ванильного кода моделирования аксионов axionCAMB, более подробно объясненного в Hlozek et al. ˇ (2015). Мы реализуем ряд инноваций и улучшений в вычислительных прогнозах axionCAMB для космологических наблюдаемых, таких как линейная MPS. Эти нововведения, более подробно описанные в разделе 2, включают в себя реструктуризацию начальных условий и новую эффективную скорость звука крайней аксионной жидкости. Все эти инновации сокращают время моделирования крайних аксионов до ~ 7 секунд. Это открывает новые возможности для наложения наблюдательных ограничений на экстремальные аксионные модели с помощью многомерных алгоритмов MCMC, которые требуют десятков тысяч вызовов кода эволюции аксионов.