Production of light particles by very strong and slowly varying magnetic fields
某些天体周围可能存在强度极大的非静态磁场，这表明在这些情况下可能产生真实的粒子。变化的缓慢被巨大的强度所补偿。作为伽玛暴（伽马射线暴）的并发过程之一，主要问题是e ~+，e ~-对湮灭为光子的产生和光子的直接产生。然后研究了由于强引力的存在而产生的一些简单效应，最后展望了其他种类粒子的产生。
2007-05-04 hep-ph
Interaction of photons traversing a slowly varying electromagnetic background
当两个电磁场反向传播时，它们由于通过真空的极化虚电子-正电子态的相互作用而被修改。通过研究如何光子-光子散射效应，如双折射和四波混频演变的领域通过彼此，我们发现一个显着的增加重叠期间。结果具有特别的相关性的计算的基础上，一个恒定的场背景。
2015-09-12 hep-ph physics.optics
Photon propagation in slowly varying inhomogeneous electromagnetic fields
从海森伯-欧拉有效拉格朗日量出发，确定了非均匀缓变电磁场中的光子流和光子极化张量。为此，我们考虑背景场配置在空间和时间上的变化，特别注意张量结构。作为主要结果，我们得到紧凑的解析表达式的光子偏振张量在现实的高斯激光脉冲，产生的高强度激光的焦斑。这些表达式对于研究实际高强度激光实验中的量子真空非线性是极其重要的。
2022-06-01 hep-ph hep-th quant-ph
Simulating Axion Electrodynamics in Magnetized Plasmas: Energy transfer in the inhomogeneous and strongly varying limit
Dipartimento di Fisica, “Sapienza” Università di Roma & Sezione INFN Roma1（罗马大学物理系及INFN罗马第一分部）；Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理研究所（爱因斯坦研究所））；Instituto de Física Corpuscular (IFIC), University of Valencia-CSIC（瓦伦西亚大学-CSIC粒子物理研究所）；CENTRA, Departamento de Fisica, Instituto Superior Técnico – IST, Universidade de Lisboa – UL（里斯本大学技术学院物理系CENTRA中心）；Department of Theoretical Physics, CERN（欧洲核子研究中心理论物理部）；Department of Particle Physics and Astrophysics, Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所粒子物理与天体物理系）；Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics, University of Oxford（牛津大学鲁道夫·派尔斯理论物理中心）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器研究所）；II. Institute of Theoretical Physics, Universität Hamburg（汉堡大学第二理论物理研究所）
研究轴子在磁化等离子体中诱导的电磁响应，重点在于高非均匀和强烈变化背景下的能量传输与损耗，通过频域和时域模拟分析光子激发效率、阿列夫波间接激发及局部等离子体下密度中的电场激发。
2026-03-27 gr-qc hep-ph hep-th
DESI constraints on the varying electron mass model and axion-like early dark energy
本文利用最新 DESI BAO 数据并结合普朗克宇宙微波背景、传统 BAO 及超新星数据，约束变化电子质量模型和类轴子早期暗能量模型，发现新数据倾向更长的声学视界并给出较大的哈勃常数。
2024-10-22 astro-ph.CO hep-ph
Dark Energy, Dark Matter and Baryogenesis from a Model of a Complex Axion Field
我们介绍和研究一个模型，旨在同时阐明与重子生成，暗物质和暗能量的奥秘。该模型描述了一个自相互作用的复轴子场，其虚部是一个赝标量轴子，耦合到包括超磁场在内的规范场的瞬子密度。这种耦合可能导致早期宇宙的重子生成。在求出规范自由度和物质自由度后，得到了轴子场角分量的非平凡有效势。有人提出，围绕其有效电位的最小值的振荡可以被解释为暗物质。轴子场的绝对值缓慢地向$0$移动。在后期，它会产生暗能量。
2020-04-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Axions as Quintessence in String Theory
我们基于麦卡利斯特、西尔弗斯坦和韦斯特法尔讨论的轴子单值性的思想，构建了一个弦论的精髓模型。在这个模型中，精粹场是一个轴子，它的移位对称性被置于高度弯曲的喉道中的5-膜打破。这就产生了一个潜在的轴子场是缓慢变化的，即使在纳入模量稳定和超对称性破缺的影响。我们发现，由此产生的暗能量的状态方程的时间依赖性是潜在的检测，取决于初始条件。该模型有许多非常轻的额外粒子，它们生活在高度扭曲的喉咙中，但这些粒子很难被检测到。CMB偏振旋转中的信号也可能出现。
2010-12-10 astro-ph.CO hep-ph hep-th
The Heisenberg-Euler effective action in slowly varying electric field inhomogeneities of Lorentzian shape
利用局部恒定场近似（LCFA）研究了一类特殊的慢变非均匀洛伦兹电场中的单圈Heisenberg-Euler有效作用量，该电场具有$0\leq d\leq 4$非均匀方向.我们表明，对于这些领域，海森堡-欧拉有效作用量的LCFA可以表示在一个单参数积分，与常数场有效拉格朗日与重新缩放的参数作为集成内核。海森堡-欧拉有效作用量的虚部包含了关于量子真空在形成实电子和正电子状态时的不稳定性的信息。在这里，我们特别关注的瞬时真空衰减率的依赖性上的尺寸$d$的字段不均匀性。特别是对于弱场，我们发现一个整体的参数抑制的效果与$(E_0/E_{\rm cr})^{d/2}$，其中$E_0$是峰值场强的不均匀性和$E_{\rm cr}$的临界电场强度。
2017-04-23 hep-ph hep-th
Phenomenological Aspects of Axion-Like Particles in Cosmology and Astrophysics
宇宙学和粒子物理学今天比以往任何时候都更接近，在宇宙学，粒子物理学和场论之间的界面上进行了一些研究。暗物质（DM）之谜是这些领域之间最常见的未解决问题之一。基于许多天体物理学和宇宙学的观测，现在已经确定，宇宙的总物质含量中只有一小部分是由重子物质组成的，而绝大多数是由暗物质组成的。然而，这种成分的性质仍然未知。一个理论上动机良好的理解暗物质的性质的方法是通过寻找暗物质的轻赝标量候选者，如轴子和类轴子粒子（ALP）。轴子是量子色动力学（QCD）中强CP（电荷宇称）问题的Peccei-Quinn（PQ）解的假想基本粒子。此外，粒子物理学的标准模型（SMPP）的许多理论上有充分动机的扩展预测了更多类似于QCD轴子的赝标量粒子的存在，称为ALP。轴子和ALP的特征在于它们与两个光子的耦合。虽然轴子的耦合参数与轴子质量有关，但耦合参数与ALP的质量之间没有直接关系。然而，预计ALP共享相同的轴子现象。在过去的几年里，轴子和ALP重新流行，并慢慢成为最有吸引力的候选人之一，可能有助于宇宙的暗物质密度。在这篇论文中，我们着重研究轴子和ALP与光子的相互作用，以限制它们的一些性质。
2022-03-11 astro-ph.HE hep-ph
Transient Radio Lines from Axion Miniclusters and Axion Stars
引力束缚的暗物质轴子团以“微团”或更密集的“轴子星”的形式出现，当遇到高度磁化的中子星磁层时，它们可以通过轴子-光子转换产生强烈的无线电信号。我们系统地研究了轴子团与中子星的相遇，讨论了轴子的入射、转换以及光子的传播。我们发现，高密度和低逃逸速度的轴子块导致强大的，狭窄的，和时间特性的瞬态无线电线与预期的持续时间从秒到月不等。我们的工作包括第一个端到端建模管道，能够表征这些瞬态遭遇期间产生的无线电信号，量化无线电通量的典型亮度，各向异性，频谱宽度和时间演变。这里开发的方法可能证明是必不可少的，在开发专用的无线电搜索所产生的微星团和轴子星的瞬态无线电线路。
2023-03-06 astro-ph.CO hep-ph
Electromagnetic radiation from axion condensates in a time dependent magnetic field
随时间变化的磁场可以来源于旋转的中子星、轨道双星和合并的中子星。本文研究了交变磁场背景下轴子凝聚体的电磁辐射。我们发现，当交变磁场的频率与轴子质量尺度相当时，辐射会出现共振峰。更有趣的是，在交变磁场本身的频率随时间而变化的情况下，如由于轨道频率的稳定增加而导致的二元合并的情况下，辐射的共振峰可能会发生在由随时间变化的磁场频率扫描的轴子质量尺度的范围内。
2021-11-16 astro-ph.HE hep-ph
Probing Axions with Radiation from Magnetic Stars
最近的实验表明，偏振光子可以耦合到赝标量粒子，如轴子显着。我们研究了磁星，特别是中子星辐射的轴子-光子耦合的可能观测特征。我们提出了一般的方法来计算轴子光子转换的概率在传播过程中通过一个变化的磁化真空，以及通过一个不均匀的大气。部分轴子-光子转换可能发生在中子星外的真空区。强的轴子-光子混合由于大气中的共振而发生，并且取决于轴子耦合强度和其他参数，在共振处可以发生显著的轴子-光子转换。这种转换可能会对恒星的辐射光谱和偏振信号产生可观察到的影响。我们也将我们的结果应用到轴子光子在太阳和磁性白矮星中的传播。我们发现，在传播过程中，没有明显的太阳轴子到光子的转换。
2006-11-15 astro-ph hep-ph
Axion Dark Matter Detection with Cold Molecules
目前的技术不能检测到轴子暗物质的大部分参数空间，特别是在理论上动机良好的区域，轴子衰变常数f_a位于附近的大统一理论和普朗克尺度。我们提出了一种新的实验方法来寻找该区域的QCD轴子暗物质。当轴子场是暗物质的一个组成部分时，它的振荡频率等于它的质量。这些振荡诱导时变CP奇核矩，如电偶极子和希夫矩。内部原子场和这些核矩之间的耦合引起原子能级的时变位移。这些效应可以通过使用具有大的希夫矩的元素（例如轻锕系元素）和具有大的自发宇称破坏的状态（例如背景电场中的分子）来增强。这种分子的能级位移可以是~ 10^-24 eV或更大。虽然具有挑战性，但这种能量转移可以在目前正在开发的技术的分子时钟配置中观察到。这种能量偏移的可检测性由于它是一种时变偏移而增强，其振荡频率由基础物理学设定，因此与实验的细节无关。这个信号在亚MHz范围内最容易观察到，当f_a> 10^16 GeV，甚至可能低至10^15 GeV时，就可以检测到。在这样的实验中的发现不仅会揭示暗物质的本质，并证实轴子是强CP问题的解决方案，它还将提供最高能量尺度的物理学一瞥，远远超出了在实验室中可以直接探测的范围。
2011-09-15 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
New Observables for Direct Detection of Axion Dark Matter
我们提出了新的信号，用于直接探测超轻暗物质，如轴子。轴子或类轴子粒子（ALP）暗物质可以被认为是一个背景，经典领域。我们认为耦合这个领域引起的可观察到的影响，包括核电偶极矩，轴向核子和电子的时刻。这些力矩以实验室中可获得的频率（~ kHz至GHz）快速振荡，由暗物质质量给出。因此，与WIMP探测相反，我们不是寻找单个暗物质粒子的硬散射，而是寻找整个经典暗物质场的相干效应。我们计算当前的界限，这样的时间变化的时刻，并考虑利用NMR方法来搜索诱导自旋进动的技术。这些技术探测的参数空间远远超出了目前的天体物理学极限，并显着扩展了实验室探测。自旋进动是寻找这些超轻粒子的一种方法，但很可能有许多新类型的实验可以利用这种时变时刻来寻找暗物质。
2013-09-03 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Axions and Atomic Clocks
在经典相干轴子暗物质背景场的存在下，电动力学方程被改变，从而改变了电磁波的色散关系。仔细测量灵敏原子钟的频率稳定性，原则上可以为$f_a \ge 10^7$ GeV的这种背景提供证据。开启背景磁场可能会以可控的方式增强这些效应，干涉测量也可能有助于探测相干宇宙轴子背景产生的时变光子色散关系。
2019-05-28 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Hunting axion dark matter with anti-ferromagnets: a case study with nickel oxide
本研究提出利用反铁磁体氧化镍作为目标材料，通过有效场论描述轴子与集体激发的相互作用，利用单激发和双激发转换通道及磁场调谐，覆盖未探索参数空间，可探测meV级轴子暗物质。
2025-08-07 astro-ph.CO hep-ph
Experimental Search for Solar Axions via Coherent Primakoff Conversion in a Germanium Spectrometer
结果报告的实验搜索的独特的，快速变化的时间模式的太阳轴子相干转换成光子通过Primakoff效应在单晶锗探测器。预测这种转换时，轴子是在一个布拉格角与晶面入射。对阿根廷Sierra Grande的1 kg DEMOS探测器的约1.94 kg.yr数据进行分析，得到一个新的实验室约束，其轴子-光子耦合为$g_{aγγ} < 2.7\cdot 10^{-9}$ GeV $^{-1}$，与轴子质量无关，最高可达~ 1 keV。
1997-08-01 astro-ph hep-ph
Dark energy from the string axiverse
弦论认为，存在着大量的类轴子场，它们的质量分布在几十年内。在这里，我们表明，这些想法借给自己的一个模型的精髓没有超普朗克场漂移，所有的无量纲数是为了统一。该方案解决了“为什么是现在”的问题，即，为什么加速膨胀直到最近才开始，通过暗示暗能量支配的开始是随机发生的，在宇宙时间内每单位对数间隔的概率缓慢下降。标准的轴子势要求我们假设大多数没有变成暗能量的轴子场会迅速衰变。不过，引入稍微修改的轴子势，就避免了这些衰变的需要。在任何一种情况下，像我们这样的宇宙大约在100个宇宙中出现。这种情况可能会产生一系列可观察到的后果。
2014-09-22 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Overview of the Cosmic Axion Spin Precession Experiment (CASPEr)
综述了我们利用核磁共振（NMR）技术寻找轴子和类轴子粒子（ALP）暗物质的实验计划。一个振荡的轴子场可以直接或通过产生一个振荡的核电偶极矩（EDM）对核自旋施加一个随时间变化的扭矩。磁共振技术可用于检测这种效应。第一阶段的实验探索了几十年的ALP参数空间，超出了目前的天体物理和实验室的界限。预计未来的实验版本将对质量为$\lesssim 10^{-9}~{\rm eV}/c^2$的量子色动力学（QCD）相关的轴子敏感。
2018-10-31 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Numerical Analysis of Resonant Axion-Photon Mixing: Part I
本研究开发了求解空间变化背景下经轴子修正麦克斯韦方程组的数值方法，分析强磁化等离子体中共振轴子-光子混合，验证了方法准确性并与解析解对比，发现仅与一个已发表结果吻合，还重现了轴子与磁声模、阿尔文模的混合，为中子星磁层射电信号预测提供支撑。
2024-05-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Warm dark energy
受最近一些沼泽地事件的启发，我们研究了Anber和Sorbo在原初暴胀背景下提出的一种机制在宇宙晚期加速中的实现，在这种机制中，由于轴子场与U（1）规范场的耦合提供了额外的摩擦，轴子场可以在陡峭的势能中缓慢滚动。我们首先研究了这一机制在N = 2的超引力模型中的实现，这些模型是由Calabi-Yau流形上的弦紧化产生的。然后，我们研究了物质支配和轴子支配之间的过渡，并表明，确实产生的规范场的反作用可以充分减缓轴子的运动，从而产生目前的加速时代。最后，我们研究了从暴胀前的物质或辐射支配到原始暴胀的过渡。在我们可以用数值方法探索的范围内，演化的特征是，在较慢的滚动阶段中，会出现较快的轴子滚动阶段（以及随之而来的规范场放大的爆发），其模式是围绕稳态Anber和Sorbo解“振荡”，但似乎并没有放松。
2019-12-20 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Higher Order Corrections to the Effective Field Theory of Low-energy Axions
针对低能轴子的非相对论有效场论描述，本文计算了直至$(ψ^\u2217ψ)^5$阶的高阶修正拉格朗日量，纳入快速振荡场涨落，完善了轴子等效场论框架，可用于冷暗物质结构坍缩等研究。
2023-06-14 hep-ex hep-ph hep-th
