Discovering the QCD axion with black holes and gravitational waves
Pourquoi ce travail est dans la base
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Notice bibliographique
Résumé
Advanced LIGO may be the first experiment to detect gravitational waves. Through superradiance of stellar black holes, it may also be the first experiment to discover the QCD axion with decay constant above the grand unification scale. When an axion's Compton wavelength is comparable to the size of a black hole, the axion binds to the black hole, forming a ``gravitational atom.'' Through the superradiance process, the number of axions occupying the bound levels grows exponentially, extracting energy and angular momentum from the black hole. Axions transitioning between levels of the gravitational atom and axions annihilating to gravitons can produce observable gravitational wave signals. The signals are long lasting, monochromatic, and can be distinguished from ordinary astrophysical sources. We estimate up to $\mathcal{O}(1)$ transition events at aLIGO for an axion between $1{0}^{\ensuremath{-}11}$ and $1{0}^{\ensuremath{-}10}\text{ }\text{ }\mathrm{eV}$ and up to $1{0}^{4}$ annihilation events for an axion between $1{0}^{\ensuremath{-}13}$ and $1{0}^{\ensuremath{-}11}\text{ }\text{ }\mathrm{eV}$. In the event of a null search, aLIGO can constrain the axion mass for a range of rapidly spinning black hole formation rates. Axion annihilations are also promising for much lighter masses at future lower-frequency gravitational wave observatories; the rates have large uncertainties, dominated by supermassive black hole spin distributions. Our projections for aLIGO are robust against perturbations from the black hole environment and account for our updated exclusion on the QCD axion of $6\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}1{0}^{\ensuremath{-}13}\text{ }\text{ }\mathrm{eV}<{\ensuremath{\mu}}_{a}<2\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}1{0}^{\ensuremath{-}11}\text{ }\text{ }\mathrm{eV}$ suggested by stellar black hole spin measurements.
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Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle