Future CMB constraints on cosmic birefringence and implications for fundamental physics
Notice bibliographique
Résumé
The primary scientific target of the ground- and space-based cosmic microwave background (CMB) polarization experiments currently being built and proposed is the detection of primordial tensor perturbations. As a byproduct, these instruments will significantly improve constraints on cosmic birefringence, or the rotation of the CMB polarization plane. If convincingly detected, cosmic birefringence would be a dramatic manifestation of physics beyond the standard models of particle physics and cosmology. We forecast the bounds on the cosmic polarization rotation (CPR) from the upcoming ground-based Simons Observatory (SO) and the space-based LiteBIRD experiments, as well as a ``fourth-generation'' ground-based CMB experiment like CMB-S4 and the midcost space mission PICO. We examine the detectability of both a stochastic anisotropic rotation field, as well as an isotropic rotation by a constant angle. CPR induces new correlations of CMB observables, including spectra of parity-odd type in the case of isotropic CPR, and mode-coupling correlations in the anisotropic rotation case. We find that LiteBIRD and SO will reduce the $1\ensuremath{\sigma}$ bound on the isotropic CPR from the current value of 30 arcmin to 1.5 and 0.6 arcmin, respectively, while a CMB-S4-like experiment and PICO will reduce it to $\ensuremath{\sim}0.1\text{ }\text{ }\mathrm{arcmin}$. The bounds on the amplitude of a scale-invariant CPR spectrum will be reduced by 1, 2, and 3 orders of magnitude by LiteBIRD, SO, and CMB-S4-like/PICO, respectively. We discuss potential implications for fundamental physics by interpreting the forecasted bounds on CPR in terms of the corresponding constraints on pseudoscalar fields coupled to electromagnetism, primordial magnetic fields (PMF), and violations of Lorentz invariance. We find that CMB-S4-like and PICO can reduce the $1\ensuremath{\sigma}$ bound on the amplitude of the scale-invariant PMF from 1 to 0.1 nG, while also probing the magnetic field of the Milky Way. The upcoming experiments will also tighten bounds on the axion-photon coupling, with SO improving the bound from ${f}_{a}\ensuremath{\gtrsim}50{H}_{I}$ at present, where ${H}_{I}$ is the energy scale of inflation, to ${f}_{a}\ensuremath{\gtrsim}500{H}_{I}$, and CMB-S4-like and PICO raising it to ${f}_{a}\ensuremath{\gtrsim}\mathrm{few}\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{3}{H}_{I}$, placing stringent constraints on the string theory axions.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,005 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,008 | 0,001 |
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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».