The Peccei-Quinn supermultiplet and its cosmological implications

Published: April 18, 2013, 11 a.m.

b'Das starke CP Problem kann durch den Peccei-Quinn (PQ) Mechanismus gel\\xf6st werden, welcher das Axion einf\\xfchrt. In supersymmetrischen (SUSY) Axionmodellen ist die Saxionmasse typischerweise von der Ordnung der Gravitinomasse. Zusammen mit dem Axino k\\xf6nnen die PQ-Teilchen erhebliche kosmologische Folgen haben.\\n\\nWir konzentrieren uns auf hadronische Axionmodelle. In diesen Modellen koppeln die PQ-Teilchen nur an zus\\xe4tzliche schwere (S)Quarks, w\\xe4hrend alle anderen Teilchen keine PQ-Ladung tragen. Wir berechnen die thermischen Produktionsraten der PQ-Teilchen durch Streuung an Quarks, Gluonen, Squark und Gluinos im hei\\xdfen Plasma des fr\\xfchen Universums. Dabei verwenden wir systematische Methoden der Feldtheorie, um ein eichinvariantes, endliches Ergebnis in f\\xfchrender Ordnung in der starken Kopplung zu erhalten. Wir berechnen den thermisch produzierten Yield und die Entkopplungstemperatur von Axionen, Saxionen und Axinos.\\n\\nWir aktualisieren den Vergleich von thermischen und nicht-thermischen Saxionenergiedichten. Dann betrachten wir haupts\\xe4chlich Zerf\\xe4lle des Saxions in Axionen, welche dann zus\\xe4tzliche Strahlung bilden. Wir erneuern entsprechende Schranken, auferlegt durch aktuelle Untersuchungen der primordialen He-Menge und durch pr\\xe4zise kosmologische Messungen. Wir zeigen, dass der Trend f\\xfcr zus\\xe4tzliche Strahlung in diesen Studien durch Saxionzerf\\xe4lle in Axionen erkl\\xe4rt werden kann.\\n\\nZwei Szenarien werden im Detail untersucht. Beide Szenarien erkl\\xe4ren die kalte dunkle Materie (CDM) und zus\\xe4tzliche Strahlung in \\xdcbereinstimmung mit bestehenden Schranken. Die hohe Reheatingtemperatur nach Inflation in beiden Szenarien erm\\xf6glicht Baryogenese durch thermische Leptogenese.\\n\\n(i) Gravitino CDM: Axionen aus dem Zerfall von thermischen Saxionen bilden zus\\xe4tzliche Strahlung bereits vor der Nukleosynthese und Zerf\\xe4lle eines aus kosmologischen Gr\\xfcnden schweren Axinos (TeV-Skala) produzieren Entropie.\\n\\n(ii) Axion CDM: Leichte Axinos (eV-Skala) werden bedingt durch Schranken an hei\\xdfe dunkle Materie. Gravitinos zerfallen sp\\xe4t in Axionen und Axinos, die zusammen mit Strahlung aus fr\\xfcheren Saxionzerf\\xe4llen existieren k\\xf6nnen.\\n\\nDer Planck-Satellit wird die zus\\xe4tzliche 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.'