Produktion von Gravitationswellen durch axionische dunkle Materie im frühen Universum

• Antragsteller: Professor Dr. Pedro Schwaller
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 438947057

Axionen und axion-artige Teilchen (ALPs) sind stark motiviert da sie sowohl das starke CP Problem lösen können als auch als Kandidaten für dunkle Materie in Frage kommen. Vor kurzem haben wir gezeigt dass ein rollendes Axion im frühen Universum Gravitationswellen hervorrufen kann, welche in der Zukunft experimentell nachweisbar sein könnten. Dies ist möglich wenn das Axion an ein dunkles Photon koppelt, welches eine tachyonische Instabilität erfährt während das Axion zum Minimum seines Potentials rollt. Durch das exponentielle Wachstum einzelner dunkler Photon Moden werden Vakuumfluktuationen verstärkt was zu grossen Anisotropien der Energieverteilung führt, welche letzten Endes die Gravitationswellen erzeugen. Das Ziel unseres Projekts ist es diese Möglichkeit genauer zu untersuchen. Insbesondere wollen wir i) den Parameterbereich bestimmen, welcher durch Gravitationswellenexperimente untersucht werden kann, ii) eine präzisere numerische Simulation des Produktionsmechanismus durchführen, iii) Methoden entwickeln um das Axion Signal von anderen Quellen für Gravitationswellen zu unterscheiden und iv) verwandte Modelle daraufhin untersuchen, ob sie auch ein solches Signal erzeugen können. Unsere Resultate werden neue Suchen nach neuer Physik und dunkler Materie ermöglichen, und unser Verständnis von tachyonischer Teilchenproduktion und deren Auswirkungen auf die Dichte und Eigenschaften von axionischer dunkler Materie verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen