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高能物理 - 现象学

arXiv:2505.13387 (hep-ph)
[提交于 2025年5月19日 ]

标题: 根据 ACT DR6 观测结果限制再加热温度、暴胀子-SM 耦合和暗物质质量

标题: Constraining Reheating Temperature, Inflaton-SM Coupling and Dark Matter Mass in Light of ACT DR6 Observations

Authors:Rajesh Mondal, Sourav Mondal, Ayan Chakraborty
摘要: 我们探讨了最新阿塔卡马宇宙学望远镜(ACT)DR6观测数据与普朗克2018年、BICEP/Keck 2018年和DESI观测数据相结合下,对暴涨物理和暴涨后再加热物理学的实证意义。我们专注于暴涨模型中的$\alpha$吸引子类(包括E型和T型模型),并考虑两种再加热情景:暴胀子($\phi$)衰变($\phi \rightarrow bb$)和暴胀子湮灭($\phi \phi \rightarrow bb$)成标准模型(SM)玻色子粒子($b$)。通过求解玻尔兹曼方程,我们在ACT数据背景下推导出关键再加热参数的限制,包括再加热温度、暴胀子状态方程(EoS)以及暴胀子-SM耦合。为了准确约束耦合,我们在衰变宽度中引入了玻色增强效应。为了确保我们的微扰方法的有效性,我们还确定了非微扰效应(如参数共振)变得显著的区域。此外,我们纳入了原初引力波(PGW)的间接限制,这些限制可能影响有效相对论物种的数量,$\Delta N_{\rm eff}$。这些限制进一步限定了再加热温度,尤其是在状态方程较硬的场景中。最后,我们分析了再加热期间通过纯粹引力相互作用产生的暗物质(DM)并确定了允许的质量范围,这些范围与受限的再加热参数空间和最近的ACT数据一致。我们的结果显示了下一代CMB数据集对暴涨动力学、再加热和暗物质参数空间的约束能力。
摘要: We explore the phenomenological implications of the latest Atacama Cosmology Telescope (ACT) DR6 observations, in combination with Planck 2018, BICEP/Keck 2018, and DESI, on the physics of inflation and post-inflationary reheating. We focus on the $\alpha$-attractor class of inflationary models (both E- and T-models) and consider two reheating scenarios: perturbative inflaton ($\phi$) decay ($\phi \rightarrow bb$) and inflaton annihilation ($\phi \phi \rightarrow bb$) into Standard Model (SM) bosonic particles ($b$). By solving the Boltzmann equations, we derive bounds on key reheating parameters, including the reheating temperature, the inflaton equation of state (EoS), and the inflaton-SM coupling, in light of ACT data. To accurately constrain the coupling, we incorporate the Bose enhancement effect in the decay width. To ensure the validity of our perturbative approach, we also identify the regime where nonperturbative effects, such as parametric resonance, become significant. Additionally, we include indirect constraints from primordial gravitational waves (PGWs), which can impact the effective number of relativistic species, $\Delta N_{\rm eff}$. These constraints further bound the reheating temperature, particularly in scenarios with a stiff EoS. Finally, we analyze dark matter (DM) production through purely gravitational interactions during reheating and determine the allowed mass ranges consistent with the constrained reheating parameter space and recent ACT data. Our results highlight the constraining power of next-generation CMB datasets on inflationary dynamics, reheating, and the DM parameter space.
评论: 14页,9张图,5张表格
主题: 高能物理 - 现象学 (hep-ph) ; 宇宙学与非星系天体物理学 (astro-ph.CO); 高能物理 - 理论 (hep-th)
引用方式: arXiv:2505.13387 [hep-ph]
  (或者 arXiv:2505.13387v1 [hep-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.13387
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Rajesh Mondal [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 5 月 19 日 17:28:52 UTC (1,279 KB)
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