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Fakultät für Physik - Digitale Hochschulschriften der LMU - Teil 04/05 Podcast
The Peccei-Quinn supermultiplet and its cosmological implications

The Peccei-Quinn supermultiplet and its cosmological implications

Fakultät für Physik - Digitale Hochschulschriften der LMU - Teil 04/05 vor 13 Jahren

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Das starke CP Problem kann durch den Peccei-Quinn (PQ) Mechanismus
gelöst werden, welcher das Axion einführt. In supersymmetrischen
(SUSY) Axionmodellen ist die Saxionmasse typischerweise von der
Ordnung der Gravitinomasse. Zusammen mit dem Axino können die
PQ-Teilchen erhebliche kosmologische Folgen haben. Wir
konzentrieren uns auf hadronische Axionmodelle. In diesen Modellen
koppeln die PQ-Teilchen nur an zusätzliche schwere (S)Quarks,
während alle anderen Teilchen keine PQ-Ladung tragen. Wir berechnen
die thermischen Produktionsraten der PQ-Teilchen durch Streuung an
Quarks, Gluonen, Squark und Gluinos im heißen Plasma des frühen
Universums. Dabei verwenden wir systematische Methoden der
Feldtheorie, um ein eichinvariantes, endliches Ergebnis in
führender Ordnung in der starken Kopplung zu erhalten. Wir
berechnen den thermisch produzierten Yield und die
Entkopplungstemperatur von Axionen, Saxionen und Axinos. Wir
aktualisieren den Vergleich von thermischen und nicht-thermischen
Saxionenergiedichten. Dann betrachten wir hauptsächlich Zerfälle
des Saxions in Axionen, welche dann zusätzliche Strahlung bilden.
Wir erneuern entsprechende Schranken, auferlegt durch aktuelle
Untersuchungen der primordialen He-Menge und durch präzise
kosmologische Messungen. Wir zeigen, dass der Trend für zusätzliche
Strahlung in diesen Studien durch Saxionzerfälle in Axionen erklärt
werden kann. Zwei Szenarien werden im Detail untersucht. Beide
Szenarien erklären die kalte dunkle Materie (CDM) und zusätzliche
Strahlung in Übereinstimmung mit bestehenden Schranken. Die hohe
Reheatingtemperatur nach Inflation in beiden Szenarien ermöglicht
Baryogenese durch thermische Leptogenese. (i) Gravitino CDM:
Axionen aus dem Zerfall von thermischen Saxionen bilden zusätzliche
Strahlung bereits vor der Nukleosynthese und Zerfälle eines aus
kosmologischen Gründen schweren Axinos (TeV-Skala) produzieren
Entropie. (ii) Axion CDM: Leichte Axinos (eV-Skala) werden bedingt
durch Schranken an heiße dunkle Materie. Gravitinos zerfallen spät
in Axionen und Axinos, die zusammen mit Strahlung aus früheren
Saxionzerfällen existieren können. Der Planck-Satellit wird die
zusätzliche Strahlung in beiden Szenarien genau vermessen. Weitere
Tests dieser Szenarien sind durch die Suche nach Axionen durch ADMX
und nach SUSY-Teilchen am Large Hadron Collider gegeben.