論文の概要: Brownian Axion-like particles
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2209.07658v2
- Date: Sat, 10 Dec 2022 13:45:13 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-26 09:47:27.464086
- Title: Brownian Axion-like particles
- Title（参考訳）: ブラウン軸索状粒子
- Authors: Shuyang Cao, Daniel Boyanovsky
- Abstract要約: 本研究では, 擬スカラー・アクシオン様粒子(ALP)の非平衡ダイナミクスを熱平衡における自由度に弱い結合で検討した。
時間進化は、ALP結合において先行的な順序に導かれるインイン・イン・エフェクト・アクションによって決定される。
宇宙マイクロ波背景における構造形成, 相対論的種の有効数, 複屈折に対する宇宙学的影響について検討した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.498089180181365
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We study the non-equilibrium dynamics of a pseudoscalar axion-like particle
(ALP) weakly coupled to degrees of freedom in thermal equilibrium by obtaining
its reduced density matrix. Its time evolution is determined by the in-in
effective action which we obtain to leading order in the (ALP) coupling but to
\emph{all orders} in the couplings of the bath to other fields within or beyond
the standard model. The effective equation of motion for the (ALP) is a
Langevin equation with noise and friction kernels obeying the fluctuation
dissipation relation. A ``misaligned'' initial condition yields damped coherent
oscillations, however, the (ALP) population increases towards thermalization
with the bath. As a result, the energy density features a mixture of a cold
component from misalignment and a hot component from thermalization with
proportions that vary in time $(cold)\,e^{-\Gamma t}+(hot)\,(1-e^{-\Gamma t})$,
providing a scenario wherein the ``warmth'' of the dark matter evolves in time
from colder to hotter. As a specific example we consider the (ALP)-photon
coupling $g a \vec{E}\cdot \vec{B}$ to lowest order, valid from recombination
onwards. For $T \gg m_a$ the long-wavelength relaxation rate is substantially
enhanced $\Gamma_T = \frac{g^2\,m^2_a\,T}{16\pi} $. The ultraviolet divergences
of the (ALP) self-energy require higher order derivative terms in the effective
action. We find that at high temperature, the finite temperature effective mass
of the (ALP) is $m^2_a(T) = m^2_a(0)\Big[ 1-(T/T_c)^4\Big]$, with $T_c \propto
\sqrt{m_a(0)/g}$, \emph{suggesting} the possibility of an inverted phase
transition, which when combined with higher derivatives may possibly indicate
exotic new phases. We discuss possible cosmological consequences on structure
formation, the effective number of relativistic species and birefringence of
the cosmic microwave background.
- Abstract（参考訳）: 本研究では, 擬スカラー軸索状粒子(ALP)の非平衡ダイナミクスを熱平衡自由度に弱結合させ, 還元密度行列を求める。
その時間発展は、(alp)カップリングの先頭の次数に対して、標準モデル内外の他の場へのバスのカップリングにおけるすべての次数を \emph{all orders} に求める、インインの効果的な作用によって決定される。
アルペン(AlP)の効果的な運動方程式は、ゆらぎ散逸関係に従う雑音と摩擦核を持つランゲヴィン方程式である。
ミスアライメント' の初期状態はコヒーレント振動を減衰させるが、(ALP) 個体群は浴槽による熱化に向かって増加する。
その結果、エネルギー密度は、配向から熱分解までの冷成分と温度成分の混合物を時間$(cold)\,e^{-\Gamma t}+(hot)\,(1-e^{-\Gamma t})$で表し、暗黒物質の「ウォームス」が寒冷から温暖に変化するシナリオを提供する。
特定の例として、(ALP)-光子カップリング $g a \vec{E}\cdot \vec{B}$ を最低次とし、再結合から有効とする。
長い波長緩和率は、$T \gg m_a$の場合、実質的に$\Gamma_T = \frac{g^2\,m^2_a\,T}{16\pi} $である。
自己エネルギー(ALP)の紫外線発散は、有効作用において高次微分項を必要とする。
高温では、(alp) の有限温度有効質量は $m^2_a(t) = m^2_a(0)\big[ 1-(t/t_c)^4\big]$ であり、$t_c \propto \sqrt{m_a(0)/g}$, \emph{suggesting} は反転相転移の可能性を示し、高次導関数と組み合わせるとおそらくエキゾチックな新しい相を示す。
宇宙マイクロ波背景における構造形成, 相対論的種の有効数, 複屈折に対する宇宙学的影響について検討した。
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