标题： 弦理论和大统一理论建议存在亚微电子伏特的QCD轴子 显示英文标题

标题： String Theory and Grand Unification Suggest a Sub-Microelectronvolt QCD Axion

摘要： 轴子、大统一理论和弦理论都是标准模型的有力扩展。 我们表明，将这些框架结合起来会对QCD轴子的质量施加严格的限制。 利用幺正性论证和明确的弦紧化实例（例如Kreuzer-Skarke (KS) 类型IIB集合中的那些），我们发现轴子质量倾向于落在范围 $10^{-11}$电子伏特 $\lesssim m_a \lesssim$ $10^{-8}$ 电子伏特内。 这个范围直接适用于近未来的轴子暗物质搜索，包括 ABRACADABRA/DMRadio 和 CASPEr。 我们提出，大统一理论和质子衰变的缺失暗示了一种紧化体积，使弦尺度高于统一尺度（$\sim$$10^{16}$ 千兆电子伏特），而这反过来又限制了轴子可以有多重的质量。 同样的要求将KS轴子宇宙限制为最多有 $\sim$47个轴子。 作为我们方法论的另一个应用，我们在KS轴子宇宙中寻找可能解释近期暗能量光谱仪（DESI）提出的演化的暗能量线索的轴子，但没有找到具有足够衰减常数（$f_a \gtrsim 2.5 \times 10^{17}$ 千兆电子伏特）的轴子；我们评论了为什么在更广泛的弦紧化中获得如此高的衰减常数和低轴子质量是困难的。 显示英文摘要

摘要： Axions, grand unification, and string theory are each compelling extensions of the Standard Model. We show that combining these frameworks imposes strong constraints on the QCD axion mass. Using unitarity arguments and explicit string compactifications - such as those from the Kreuzer-Skarke (KS) type IIB ensemble - we find that the axion mass is favored to lie within the range $10^{-11}$ eV $\lesssim m_a \lesssim$ $10^{-8}$ eV. This range is directly relevant for near-future axion dark matter searches, including ABRACADABRA/DMRadio and CASPEr. We argue that grand unification and the absence of proton decay suggest a compactification volume that keeps the string scale above the unification scale ($\sim$$10^{16}$ GeV), which in turn limits how heavy the axion can be. The same requirements limit the KS axiverse to have at most $\sim$47 axions. As an additional application of our methodology, we search for axions in the KS axiverse that could explain the recent Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) hints of evolving dark energy but find none with high enough decay constant ($f_a \gtrsim 2.5 \times 10^{17}$ GeV); we comment on why such high decay constants and low axion masses are difficult to obtain in string compactifications more broadly.