Revisiting Metastable Cosmic String Breaking
Abstract: Metastable cosmic strings appear in models of new physics with a two-step symmetry breaking $G\to H\to 1$, where $\pi_1(H)\neq 0$ and $\pi_1(G)=0$. They decay via the monopole-antimonopole pair creation inside. Conventionally, the breaking rate has been estimated by an infinitely thin string approximation, which requires a large hierarchy between the symmetry breaking scales. In this paper, we reexamine it by taking into account the finite sizes of both the cosmic string and the monopole. We obtain a robust lower limit on the tunneling factor $e{-S_B}$ even for regimes the conventional estimate is unreliable. In particular, it is relevant to the cosmic string interpretation of the gravitational wave signals recently reported by pulsar timing array experiments.
- A. Vilenkin and E. P. S. Shellard, Cosmic Strings and Other Topological Defects (Cambridge University Press, 2000).
- A. Vilenkin, Nucl. Phys. B 196, 240 (1982).
- M. Hindmarsh, Prog. Theor. Phys. Suppl. 190, 197 (2011), arXiv:1106.0391 [astro-ph.CO] .
- P. Auclair et al., JCAP 04, 034 (2020), arXiv:1909.00819 [astro-ph.CO] .
- G. Agazie et al. (NANOGrav), Astrophys. J. Lett. 951, L8 (2023), arXiv:2306.16213 [astro-ph.HE] .
- J. Antoniadis et al. (EPTA, InPTA:), Astron. Astrophys. 678, A50 (2023), arXiv:2306.16214 [astro-ph.HE] .
- D. J. Reardon et al., Astrophys. J. Lett. 951, L6 (2023), arXiv:2306.16215 [astro-ph.HE] .
- H. Xu et al., Res. Astron. Astrophys. 23, 075024 (2023), arXiv:2306.16216 [astro-ph.HE] .
- A. Afzal et al. (NANOGrav), Astrophys. J. Lett. 951, L11 (2023a), arXiv:2306.16219 [astro-ph.HE] .
- R. Maji and W.-I. Park,  (2023), arXiv:2308.11439 [hep-ph] .
- G. Servant and P. Simakachorn,  (2023), arXiv:2312.09281 [hep-ph] .
- J. Preskill and A. Vilenkin, Phys. Rev. D 47, 2324 (1993), arXiv:hep-ph/9209210 .
- M. Shifman and A. Yung, Phys. Rev. D 66, 045012 (2002), arXiv:hep-th/0205025 .
- G. ’t Hooft, Nucl. Phys. B 79, 276 (1974).
- A. M. Polyakov, JETP Lett. 20, 194 (1974).
- M. Shifman, Advanced topics in quantum field theory.: A lecture course (Cambridge Univ. Press, Cambridge, UK, 2012).
- E. B. Bogomolny and M. S. Marinov, Yad. Fiz. 23, 676 (1976).
- T. W. Kirkman and C. K. Zachos, Phys. Rev. D 24, 999 (1981).
- A. Yung, Nucl. Phys. B 562, 191 (1999), arXiv:hep-th/9906243 .
- M. Hindmarsh and T. W. B. Kibble, Phys. Rev. Lett. 55, 2398 (1985).
- A. E. Everett and M. Aryal, Phys. Rev. Lett. 57, 646 (1986).
- T. W. B. Kibble and T. Vachaspati, J. Phys. G 42, 094002 (2015), arXiv:1506.02022 [astro-ph.CO] .
- A. Chitose and M. Ibe, Phys. Rev. D 108, 035044 (2023), arXiv:2303.10861 [hep-ph] .
- V. G. Kiselev and K. G. Selivanov, JETP Lett. 39, 85 (1984).
Sponsor
Paper Prompts
Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.
Top Community Prompts
Collections
Sign up for free to add this paper to one or more collections.