On Coherence in Bragg-Primakoff Axion Photoconversion
本文更新了keV赝标量粒子在晶体中的Bragg-Primakoff光转换理论,发现吸收导致相干性丧失会抑制事件率,但Borrmann效应可显著缓解,并评估了其对SuperCDMS、LEGEND和SABRE等实验灵敏度的影响。
2023-09-04 hep-ph
Theory for the Direct Detection of Solar Axions by Coherent Primakoff Conversion in Germanium Detectors
假设轴子存在,并在太阳中通过原子核库仑场中光子的Primakoff转换产生。在锗探测器中计算检测率,这是由于当入射角满足给定晶面的布拉格条件时,晶格中的轴子到光子的相干转换。速率与太阳和探测器的相对位置相关,产生一个特征可识别的亚昼夜时间模式。一个主要的实验提出了基于一个大型探测器阵列。
1997-08-01 astro-ph 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
New Directions for Axion Searches via Scattering at Reactor Neutrino Experiments
赝标量类轴子粒子(ALP)的测量通常依赖于它们在束流收集器中的衰变或它们在半影镜和日光镜中转化为光子。我们指出了一个新的实验方向ALP探针,通过他们的生产通过Primakoff过程或类康普顿散射的电子或原子核。我们认为强烈的伽马射线通量产生的ALP可从兆瓦级的核反应堆在中微子实验通过Primakoff或康普顿的通道。靠近堆芯的低阈值探测器将对ALP衰变和逆Primakoff和康普顿散射具有可见性,从而提供对ALP-光子和ALP-电子耦合的灵敏度。我们发现,这些耦合在正在进行的MINER中微子实验的灵敏度超过了现有的限制,由实验室实验和ALP-电子耦合,我们预测世界上最好的实验室为基础的约束在大部分的亚MeV ALP质量范围。
2020-05-21 hep-ex hep-ph
Bragg-Primakoff Axion Photoconversion in Crystal Detectors
本文研究晶体中 Bragg-Primakoff 轴子光转换,指出末态光子吸收可导致超过 O(10^3) 的相干增强抑制,并用 Borrmann 效应与吸收建模评估多种晶体实验的太阳轴子灵敏度。
2023-07-12 hep-ph
Re-examining the Solar Axion Explanation for the XENON1T Excess
XENON 1 T合作已经观察到在$5~\mathrm{keV}$以下的电子反冲事件超过已知的背景,这可能源于超越标准模型的物理学。太阳轴子是一个动机很好的模型,被提出来解释过剩,尽管它与天体物理观测有矛盾。来自太阳的轴子可以通过轴子-电子耦合被氙原子中的电子吸收。同时,它们也可以通过轴子-光子耦合的逆Primakoff过程与原子散射,从而发射光子并模拟电子反冲信号。我们发现后一个过程不能忽视。在探测中包括通过逆Primakoff产生的$\rm{keV}$光子之后,与天体物理约束的紧张关系可以显著降低。我们还探讨了涉及额外的新物理的方案,以进一步缓解与天体物理界的紧张局势。
2020-12-24 hep-ex hep-ph
Neutrino Moments and the Magnetic Primakoff Effect
如果不同种类的中微子具有跃迁的磁矩,则在核的库仑场中可以发生种类之间的转换。在狄拉克中微子的情况下,这对应于活性到无菌的转换,而在马约拉纳中微子的情况下,转换发生在活性物质之间。转换截面随入射中微子能量的增加而增大。形式主义也适用于一种新型的实验,旨在测试存在的“卡门异常”。
1996-03-06 hep-ph
Axion Emission from Red Giants and White Dwarfs
利用热场论方法,我们重新计算了稠密等离子体的轴子辐射。我们研究特别是Primakoff和韧致辐射过程。在高密度下,当电子变成相对论性时,Primakoff率被显著抑制。然而,轴子-光子耦合的束缚,$G<10^{-10}$ GeV,不受影响,因为它受到HB星演化的限制,HB星具有低密度。相反,同样的相对论效应增强了韧致辐射过程。从红巨星和白矮星的演化过程中,我们得到了轴子-电子耦合的一个保守界$g_{ae} < 2\times 10^{-13}$。
1993-10-18 hep-ph
Inverse Primakoff Scattering for Axionlike Particle Coupling
本研究发现逆Primakoff过程的新非弹性通道,结合XENONnT与TEXONO实验数据,探测并排除了太阳ALPs在1 eV-10 keV质量区间的新耦合参数空间,指出DM-ALPs衰变区无约束,未来项目可开辟100 eV-1 MeV新观测窗口。
2023-08-28 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Theoretical Estimate of the Sensitivity of the CUORE Detector to Solar Axions
本文计算了CUORE探测器对太阳中通过Primakoff过程产生的轴子和通过逆相干Bragg-Primakoff过程探测到的轴子的潜在灵敏度。使用密度泛函理论计算转换率的电子密度和实际期望的能量分辨率和背景的CUORE。蒙特卡罗计算$5~$ y $\times741~$ kg= $3705~$ kg y的曝光进行了分析,使用时间相关的理论依赖于时间的计数率的个别事件,并导致预期的限制的轴子质量小于$100$ eV的轴子-光子耦合$g_{aγγ}<3.83\times 10^{-10}~GeV^{-1}$。
2015-09-30 astro-ph.CO hep-ph
Search for axion-like particles through nuclear Primakoff production using the GlueX detector
本研究利用 GlueX 探测器在 $^{12}$C 靶上以核 Primakoff 过程和 $X\ ightarrowγγ$ 衰变寻找 200–450 MeV ALP,未发现信号,并给出 $O$(1 TeV) 耦合限制。
2023-08-11 hep-ex hep-ph nucl-ex
Search for solar axions by Primakoff effect with the full dataset of the CDEX-1B Experiment
CDEX-1B 利用 1107.5 kg·day 数据通过 Bragg-Primakoff 转换寻找太阳轴子,未发现信号,并在 KSVZ 模型下给出耦合与质量排除限。
2024-05-12 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Weighing the Solar Axion
轴子太阳望远镜通过在指向太阳的强实验室磁体中进行逆普里马科夫转换来搜索太阳轴子和类轴子粒子。虽然太阳镜总是可以测量轴子与光子的耦合,但转换信号与小于0.02 eV的轴子的质量无关。另一方面,由于轴子-光子振荡破坏了沿磁体的转换的相干性,高于该值的质量具有被抑制的信号。然而,这两个制度之间的轴子转换信号中存在的光谱振荡是高度依赖于轴子质量。我们表明,这些振荡是可观察到的现实的能量分辨率,并可用于确定轴子质量的百分比水平的精度。使用即将到来的日光镜IAXO的预测,我们表明,$>3σ$敏感性的非零轴子质量之间的$3 \times 10^{-3}$和$10^{-1}$ eV的Primakoff和轴子电子太阳通量是可能的。
2019-02-20 astro-ph.CO hep-ph
Axion Magnetic Resonance: A Novel Enhancement in Axion-Photon Conversion
该研究提出轴子磁共振新机制,通过磁场的空间或时间变化抵消轴子与光子色散差以增强转换效率,可将ALPS II实验在特定轴子质量下的耦合探测范围提升两个数量级。
2024-09-11 hep-ex hep-ph
Evolution of axions in the presence of primordial magnetic fields
本文从量子色动力学的相变出发,研究了膨胀宇宙中轴子与原初磁场相互作用的演化。这种相互作用是由于Primakoff效应。采用轴子零模近似,导出了轴子和磁场的方程组,其中宇宙膨胀和磁场的谱都得到了精确的解释。我们发现Primakoff效应对轴子和磁场动力学的贡献相当微弱。当在这里考虑均匀轴子场和非均匀PMF的哈勃展开时,使用其能量和螺旋度密度的傅里叶谱,它证实了之前的一些估计,从而得出类似的结论。我们解决了相应的系统的演化方程,并发现轴子零模式,在辐射时代的演变过程中,有其振幅的水平足以使轴子是一个很好的候选人的冷暗物质。
2020-11-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Axion Dark Matter Detection by Superconducting Resonant Frequency Conversion
我们提出了一种方法来寻找轴子暗物质与一个专门设计的超导射频腔,目标质量$m_a \lesssim 10^{-6} \text{ eV}$的轴子。我们的方法利用轴子诱导的频率$\sim$ GHz的近简并共振模式之间的转换。通过改变两种模式之间的频率分裂来实现对轴子质量的扫描。与传统方法相比,这允许用于轻于GHz的轴子的参数增强的信号功率。投影灵敏度覆盖了$10^{-8} \text{ eV} \lesssim m_a \lesssim10^{-6} \text{ eV}$的QCD轴子暗物质和像$m_a \sim 10^{-14} \text{ eV}$一样轻的类轴子暗物质的未探索的参数空间。
2019-12-23 hep-ex hep-ph
Solar axions as an energy source and modulator of the Earth magnetic field
我们表明,太阳速度跃层(对流区底部)磁场环向分量的时间变化与地球磁场(Y分量)之间存在很强的负相关性。假设的太阳轴子在外部电场或磁场中能转化为光子(逆普里马科夫效应),它可能是太阳对流带磁场调制地球磁场的工具。我们提出了“太阳发电机-地球发电机”连接的轴子机制,即在太阳核中形成的轴子的能量首先受到太阳速跃层磁场的调制(由于逆相干普里马科夫效应)并且之后在地球磁场的影响下在地球的液核中被吸收,从而起到能源和地球磁场调制器的作用。在这一机制的框架内,我们得到了轴子与光子耦合强度(ga_gamma约为5*10^-9 GeV^-1)和轴子质量(ma ~ 30 eV)的新估计。
2010-08-16 astro-ph.EP hep-ph physics.geo-ph
Estimating the flux of the 14.4 keV solar axions
本文计算了太阳中$^{57}$ Fe的M1型核跃迁发射的14.4keV单能轴子的期望通量。这些轴子可以被检测到,例如,通过在单晶TeO $_2$测辐射热计中的逆相干Bragg-Primakoff转换。这种计算的成分是i)轴子核子耦合,估计在几个流行的轴子模型和ii)核自旋矩阵元素,涉及现实的壳模型计算与质子和中子激发。为了便于实验,我们还计算了涉及轴子和光子发射的分支比
2017-12-26 hep-ph
Resonant Landau-Zener Conversion In Multi-Axion Systems
本文解析研究多轴子系统中的朗道-齐纳共振转换,揭示非绝热转换机制,并预测QCD轴子与类轴子混合对卤oscope实验的探测目标。
2025-07-08 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Probing high-energy solar axion flux with a large scintillation neutrino detector
我们研究了$p(d,\, ^{3}{\rm He})a$反应产生的5.49 MeV太阳轴子通量,并分析了江门地下中微子观测站(JUNO)即将开展的大型地下中微子振荡实验对探测该通量的潜力。JUNO探测器可以通过各种过程来揭示轴子,例如康普顿和逆普里马科夫转换,以及通过它们在探测器内衰变为两个光子或电子-正电子对。我们进行了详细的数值分析,以预测不同的组合的轴子-电子($ g_{ae} $),轴子-光子($g_{aγ}$),和isovector轴子-核子($ g_{3aN} $)耦合的灵敏度,使用预期的JUNO数据为不同的基准值的轴子质量在一个模型独立的方式。我们发现JUNO将Borexino的电流边界提高了大约一个数量级,并且在中微子实验中具有最好的灵敏度。
2022-09-23 astro-ph.SR hep-ex hep-ph
Search for Solar Axions Produced in $p(d,\rm{^3He})A$ Reaction with Borexino Detector
使用Borexino探测器对$p+d\rightarrow\rm{^3He}+A (5.5 \rm{MeV})$反应中产生的5.5 MeV太阳轴子进行了搜索。轴子到光子的康普顿转换,${\rm A}+e\rightarrow e+γ$,轴电效应,${\rm A}+e+Z\rightarrow e+Z$,轴子到两个光子的衰变,${\rm A}\rightarrow2γ$,和逆Primakoff转换的核,${\rm A}+Z\rightarrowγ+Z$,被认为是。轴子-电子($g_{Ae}$)、轴子-光子($g_{Aγ}$)和等矢量轴子-核子($g_{3AN}$)耦合的模型独立极限得到:$|g_{Ae}\times g_{3AN}| \leq 5.5\times 10^{-13}$和$|g_{Aγ}\times g_{3AN}| \leq 4.6\times 10^{-11} \rm{GeV}^{-1}$在$m_A <$ 1 MeV(90% c.l.)。这些限制比以前使用核反应堆和加速器的实验室实验中获得的限制强2-4个数量级。
2012-03-28 astro-ph.SR hep-ex hep-ph
Photon-Axion conversions in transversely inhomogeneous magnetic fields
在平面波程函近似下,计算了强横向梯度外磁场中光子-轴子转换几率。我们发现它通常小于可比的均匀情况。对光子-轴子分裂现象给出了一些见解。
2010-03-01 hep-ph
Axion-photon conversion caused by dielectric interfaces: quantum field calculation
近均匀磁场中介质界面上的轴子-光子转换是介质晕镜方法寻找轴子暗物质的基础。类似于跃迁辐射,该过程是可能的,因为光子波函数被介电层修改(“加里比波函数“)并且不再是动量的本征态。一个传统的一阶微扰计算的量子化轴子状态和这些扭曲的光子状态之间的跃迁概率提供了微波产生率。这一结果与以往基于求解经典麦克斯韦方程组的轴子-电磁场组合系统的结果一致。我们认为,在一般情况下,平均光子产生率是由我们的结果,独立的详细的量子态的轴子场。此外,我们的研究结果提供了一个新的视角在介质haloscope的轴子-光子转换,因为速率是基于未扰动轴子和光子波函数之间的重叠积分,在类似的微波腔haloscope的通常治疗。
2017-09-06 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Revisiting longitudinal plasmon-axion conversion in external magnetic fields
在存在外部磁场的情况下,轴子和光子混合。特别地,纵向等离子体激元的色散关系总是与轴子的色散关系交叉(对于小轴子质量),从而导致共振转换。利用热场论,我们简明地推导出轴子发射率,将其应用于天体物理和实验室的情况。对于太阳,取决于磁场分布等离子体激元-轴子转换可以在低能量($\lesssim 200\,$ eV)下主导Primakoff生产。这为未来的太阳望远镜提供了一个新的轴子源,如果发现的话,将探测太阳的磁场结构。在白矮星(WD)的情况下,等离子体-轴子转换提供了一个纯光子耦合探测的轴子,这可能有助于显着低质量的WD。最后,我们重新推导和确认最近提出的等离子体haloscopes的轴子吸收率。
2020-06-04 hep-ph
Axion luminosity of Active Galactic Nuclei
计算了活动星系核(AGN)中轴子的通量。在吸积盘中,通过康普顿、韧致辐射和普里马科夫过程可以产生轴子。我们发现,由于这些过程的轴子光度是可以忽略不计的活动星系核的光子光度相比。由于背景磁场中的赝标-光子混合现象,我们还计算了活动星系核大气中质量很小的赝标的光度。在这种情况下,我们发现,在某些参数范围内,赝标通量可以超过光子。我们评论的影响,这一结果上所观察到的大规模的光学偏振活动星系核的排列。
2009-10-27 astro-ph.CO hep-ph
Total cross-section for photon-axion conversions in external electromagnetic field
我们重新考虑了光子在外电磁场中,即在波导的静态场和周期场中的转换。转换的总截面进行了详细的评估。结果表明,在较强的外电磁场作用下,可以获得足够大的截面来测量轴子的产生。在波导中,在低能量处存在共振转换,其截面值大大增加
2014-02-20 hep-ph
Feasibility Study for Measuring Geomagnetic Conversion of Solar Axions to X-rays in Low Earth Orbits
我们提出了一个详细的计算的预期率的太阳轴子的地磁转换为X射线(GECOSAX)沿轨道的X射线卫星。我们使用真实的卫星轨道和传播时间。一个现实的地球磁场,它正确地占其空间不均匀性模型,使用。我们还考虑了地球大气对X射线传播的影响,计算了轴子-光子转换概率。为了估计轴子-光子耦合g_{aγ}可能的灵敏度,我们使用SUZAKU卫星对预期背景的实际测量。假设探测器面积为10^3 cm ^2,数据约为10^6 s,我们证明,对于质量m_a<10^{-4} eV的轴子,从GECOSAX得到的2 σ极限g_{aγ} <(4.7-6.6)乘以10 ^{-11} GeV^{-1}是可以实现的。这显著超过了当前实验室对g_{aγ}的敏感性。
2009-03-20 astro-ph hep-ex hep-ph
Photon - Axion Conversion Cross Sections in a Resonant Cavity
用费曼图方法详细研究了最低模谐振腔中的光子-轴子转换。给出了微分截面并进行了数值计算。结果表明,所考虑的过程中,有一个谐振转换,其中的转换截面是远远大于那些在相同的条件下的波导。根据我们的结果给出了对实验条件的一些估计。
2006-11-20 hep-ph
Resonant conversions of QCD axions into hidden axions and suppressed isocurvature perturbations
我们详细研究了MSW类共振转换QCD轴子到隐藏的轴子,包括绝热条件仅勉强满足的情况下,非谐效应是不可忽略的。当共振转换是有效的,QCD轴子丰度被抑制的隐藏和QCD轴子质量比。我们发现,当共振转换是不完整的,由于弱违反绝热性,CDM等曲率扰动可以显着抑制,而非高斯的等曲率扰动一般保持不受抑制。因此,膨胀尺度上的等曲率界限可以通过QCD轴子到隐藏轴子的部分共振转换来放松。
2014-11-17 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Generation and search of axion-like light particle using intense crystalline field
晶体中的强电场$\sim 10^{10}-10^{11}$ V/cm早已为人们所知,并有着广泛的应用。研究了晶体中类轴子光粒子与光子在强电场中的转换。我们发现类轴子粒子和光子的转换发生在能量大于keV的范围内。我们提出利用强晶场来寻找类轴子光粒子。讨论了利用晶体场进行的太阳轴子搜索实验和各种穿墙实验。由于强烈的结晶场对应于磁场$\sim 10^4-10^5$特斯拉,这些实验是非常有趣的。特别是这些实验可以探测类轴子粒子从eV到keV的质量范围。
2011-07-19 hep-ex hep-ph
Axion/Hidden-Photon Dark Matter Conversion into Condensed Matter Axion
QCD轴子或类轴子粒子是宇宙中暗物质的候选者。另一方面,在某些凝聚态系统中存在类轴子激发,这意味着凝聚态轴子与暗物质粒子之间可能存在相互作用。在量子水平上讨论了反铁磁绝缘体中凝聚态轴子与集体自旋波激发之间的关系。为发现暗物质信号,估算了亮暗物质(如基本粒子轴子或隐藏光子)向凝聚态物质轴子的转化率。
2021-02-11 cond-mat.mes-hall hep-ph
Effects of Finite Material Size On Axion-magnon Conversion
本文系统分析了轴子-磁振子转换率对目标材料尺寸的依赖性,指出当轴子德布罗意波长较短时有限动量磁振子模式可被激发,并讨论了该效应在探测相对论性轴子和较重质量轴子暗物质中的重要性。
2024-02-15 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Axion Emission by Magnetic-Field Induced Conversion of Longitudinal Plasmons
磁场将轴子与光子混合,即使轴子在树能级上不与电子耦合,也允许借助于中间等离子体的回旋过程e -> e + a。轴子和磁等离子体色散关系总是交叉一定的波数,导致共振增强的这个过程。然而,即使这样,它也不能完全与超新星核心中通常的核子过程竞争。众所周知的轴子窗口10^{-5} eV < m_a < 10^{-2} eV仍然是开放的,轴子可能仍然构成宇宙暗物质。
1998-03-30 hep-ph
Cosmological constraints on axionic dark radiation from axion-photon conversion in the early Universe
轴子在弦论中似乎无处不在,其中一些可能是由重标量衰变产生的非热,有助于暗辐射。研究了在原初磁场存在下,由轴子暗辐射通过轴子-光子转换产生的光子的各种宇宙学效应,导出了轴子-光子耦合与原初磁场结合的严格约束.
2013-08-28 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Polarization Signals from Axion-Photon Resonant Conversion in Neutron Star Magnetosphere
本研究指出中子星磁层中等离子体的共振转换效应可显著增强轴子-光子转换产生的线极化,结合特定天体的极化测量数据,证明其能在宽轴子质量范围对轴子-光子耦合提供强约束。
2025-02-11 hep-ph
Production of axion-like particles from photon conversions in large-scale solar magnetic fields
太阳是类轴子粒子(axion like particles,ALPs)的天体物理来源,主要通过Primakoff过程产生。此外,在太阳中存在大规模的磁场,通过热光子的相干转换催化额外的ALP产生。我们研究这种贡献的太阳ALP发射率,通常被忽略在以前的调查。此外,我们讨论了额外的限制ALP光子耦合的能量损失的参数,以及在未来的日光镜和暗物质实验的检测前景,这个新的ALP流量。
2020-12-29 astro-ph.SR hep-ph
Resonant axion-plasmon conversion in neutron star magnetospheres
本研究探讨磁星磁层中类似中微子MSW效应的共振轴子-等离子体激元转换对轴子-光子转换射电信号的影响,发现其会降低光子通量和望远镜灵敏度,需重新评估实验约束并改进探测策略。
2025-02-18 astro-ph.HE hep-ph physics.plasm-ph
Signatures of photon-axion conversion in the thermal spectra and polarization of neutron stars
在强磁场存在下,光子转化为轴子可以使磁化天体的辐射变暗。在这里,我们进行了详细的计算,旨在量化的光谱,光变曲线和极化的中子星(NS)的光子-轴子转换的签名。我们考虑到能量和角度依赖的转换概率和表面的热发射从NS。后者是从磁化大气模型,包括由于真空偏振的光子偏振模式转换的效果计算。由此产生的光谱模型,包括引力红移和光偏转的广义相对论效应,使我们能够对所观察到的NS光谱,光变曲线和偏振信号的光子到轴子转换的影响作出现实的预测。我们确定了转换的独特特征,例如当热点旋转远离观察者视线时,热点的有效面积增加。对于从整个表面发射的恒星,转换产生的视半径要么大于要么小于(取决于轴子质量和耦合强度)NS状态方程设定的极限。对于一个发射区,观察相位上,光子-轴子转换的结果在反转的偏振平面相对于无转换的情况。虽然我们确定的特征的定量细节取决于NS属性(磁场强度,温度)和轴子参数,光子-轴子转换引起的光谱和偏振签名是独特的,足以使NS非常有趣和有前途的探测器的轴子物理。
2012-01-25 astro-ph.HE hep-ph
Landau-Zener formula and resonant axion conversion in neutron star magnetospheres
University of Helsinki(赫尔辛基大学);Helsinki Institute of Physics(赫尔辛基物理研究所)
研究Landau-Zener描述在中子星磁层中轴子-光子共振转换的适用性,发现当共振宽度超过转换区域大小时公式失效,并据此修正了来自光学波段偏振搜索的轴子约束。
2026-11-04 astro-ph.HE hep-ph
Probing the Cosmic Axion Background via Axion-Photon Conversion in Filaments
University of Chicago(芝加哥大学);Fermi National Accelerator Laboratory(费米国家加速器实验室)
研究通过宇宙丝状结构中轴子-光子转换产生的伽马射线背景通量,给出对轴子质量和轴子-光子耦合的新间接探测限制,针对特定暗物质,排除了一定参数空间,大磁场下还限制了部分QCD轴子参数空间。
2026-07-22 hep-ph
Enhancing photon-axion conversion probability with squeezed coherent states
本文以量子场论方法处理光子-轴子转换,评估了从光子量子态到轴子量子态的转换概率,并发现压缩相干态能增强该转换概率,有助于提升轴子探测灵敏度。
2025-07-10 gr-qc hep-ph hep-th
Coherently Enhanced Axion-Photon Conversion via Seeded Photons for Short-Pulse Axion Detection
Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University(上海交大李政道研究所);School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University(上海交通大学物理与天文学院);Collaborative Innovation Center of IFSA, Shanghai Jiao Tong University(上海交通大学国际前沿科学协同创新中心)
通过受控光子增强轴子-光子转换,提升短脉冲轴子探测实验的灵敏度与光子产量。
2025-10-27 hep-ph physics.plasm-ph
Axion-photon conversion in strongly magnetised plasmas
轴子暗物质可以在中子星的磁层中共振转化为光子,可能会产生地球上可观测到的无线电信号。这种间接探测轴子暗物质的方法最近在文献中受到了极大的关注。无线电信号的计算因多种效应而变得复杂;最重要的是,轴子到中子星上的引力下落将它们加速到半相对论速度,而中子星的磁层是高度各向异性的。这两个因素都使轴子到光子的转换计算复杂化。在这项工作中,我们提出了第一个完全三维计算的轴子光子转换在高度磁化各向异性介质。根据轴子轨迹,这种计算导致转换的数量级差异相比,到目前为止在文献中使用的简化的一维计算,改变所产生的光子的方向性。我们的结果将对人们在望远镜中观察到的无线电信号产生重要影响。
2021-11-09 astro-ph.CO 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
QCD axion bubbles in the presence of ALP resonant conversion
研究ALP共振转换对QCD轴子气泡形成的影响,发现ALP能量转移可抑制背景温度,进而影响原初黑洞形成。
2025-01-27 astro-ph.CO hep-ph
Resonant photon-axion conversion driven by axion dark matter oscillations
Hangzhou Institute for Advanced Study, UCAS(杭州高等研究院);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学);State Key Laboratory of Particle Astrophysics, Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences(高能物理研究所粒子天体物理国家重点实验室);Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences(理论物理研究所)
本文提出由暗物质振荡驱动的共振光子-轴子混合机制,通过Floquet理论分析了其在天体物理观测中的潜在应用。
2026-10-14 astro-ph.HE hep-ph
Helioseismological constraint on solar axion emission
日震声速剖面严格限制了标准太阳模型的可能偏差,使我们能够推导出普里马科夫轴子发射对异常太阳能损失的新限制。对于轴子-光子耦合的$g_{aγ} < 5 x 10^(-10) GeV^(-1)$,太阳模型几乎与标准情况无法区分,而$g_{aγ} > 10 x 10^(-10) GeV^(-1)$可能被排除在外,对应的轴子光度约为$0.20 L_(sun)$。这个对$g_{aγ}$的限制比众所周知的球状星团限制要弱得多,但比以前的太阳极限要严格3倍。我们的结果主要是大量的当前或拟议的搜索实验太阳轴子的兴趣,因为我们的限制定义的最大g_{aγ} $,它是自洽的使用标准的太阳能模型来计算轴子光度。
1998-12-03 astro-ph hep-ph
QCD Axion Conversion in Magnetospheres of Neutron Stars
Oriental Institute of Science and Technology(东方科学技术研究所)
本研究基于FPS EoS和TOV方程,在15 meV轴子质量与10^17 G中心磁场下分析磁化中子星的轴子发射及转换光子能谱,发现强磁场显著影响冷却速率与光度。
2026-11-04 hep-ph
Sensitivity of the CUORE detector to $14.4$ keV solar axions emitted by the M1 nuclear transition of$~^{57}$Fe
本文计算了CUORE探测器对太阳中$~^{57}$ Fe的M1核跃迁发射的、由单晶$TeO_2$测辐射热计中逆相干Bragg-Primakoff转换探测到的单能$14.4$ keV太阳轴子的灵敏度。使用密度泛函理论计算$TeO_2$的电子电荷密度和CUORE的实际背景和能量分辨率的预期计数率。使用单个事件的时间相关性和理论上随时间变化的计数率,对$5$ y $\times$ $741$ kg= $3705-$ kg $\cdot$ y暴露量的蒙特卡罗模拟进行了分析。我们发现一个预期的模型无关的限制的产品的轴子-光子耦合和轴子-核子耦合$g_{aγγ}g_{aN}^{\text{eff}}<1.105\times 10^{-16}$ /GeV的轴子质量小于500 eV的$95\%$置信水平。
2016-01-22 astro-ph.CO hep-ph
Explore the Axion Dark Matter through the Radio Signals from Magnetic White Dwarf Stars
轴子作为一种有希望的暗物质候选者,可以通过磁白矮星发射的窄射电谱线探测到。由于强磁场的存在,当轴子通过磁白矮星日冕中等离子体频率等于轴子质量的狭窄区域时,轴子会共振转化为射电光子(普里马科夫效应)。我们表明,对于磁性白矮星WD 2010+310,未来的实验SKA阶段1与100小时的观察,可以有效地探测的参数空间的轴子-光子耦合$g_{aγ}$高达$\sim 10^{-12}~ \text{GeV}^{-1}$的轴子质量范围为$0.2 \sim 3.7~ μ$ eV。注意,在低质量区域($m_a \lesssim 1.5 ~μ\text{eV}$),WD 2010+310可以提供比中子星RX J0806.4-4123更高的灵敏度。
2021-05-25 hep-ph
The radio telescope search for the resonant conversion of cold dark matter axions from the magnetized astrophysical sources
研究了在天体物理源强磁场(如中子星磁层中的磁场)存在下,冷暗物质(CDM)轴子绝热共振转换为光子的条件。我们证明了即将到来的射电望远镜,如SKA(平方公里阵列)可以探测这些光子信号的CDM轴子的可能性。
2018-05-23 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Photon Ring Dimming as a Signature of Photon-Axion Conversion in Janis-Newman-Winicour Naked Singularity
本研究探究Janis-Newman-Winicour裸奇点附近的光子-轴子转换,发现质量小于100neV的光子可高效转换为轴子,转换概率受时空特征参数影响,观测特征为X射线与伽马能段光子环变暗,M87*等致密天体可作为探测候选体。
2025-02-20 astro-ph.GA gr-qc hep-ph
130GeV gamma-ray line through axion conversion
我们将轴子-光子转换机制应用于费米卫星观测到的130 GeV $γ$射线谱线。在银河系中心附近,一些天体物理源和/或粒子暗物质可以产生高能轴子(或类轴子粒子),轴子在飞向地球的过程中在银河系磁场中转化为$γ$射线。由于连续$γ$射线和反质子的产生在轴子的产生中被充分抑制,这种情况符合130 GeV的$γ$射线线,而不与宇宙射线测量相冲突。我们推导了暗物质的轴子产生截面和衰变率,以拟合作为轴子参数函数的$γ$射线过剩。在这种情况下,$γ$射线的空间分布取决于暗物质分布和磁场配置,这将通过未来的$γ$射线观测进行测试,例如,H.E.S.S. II、CTA和伽马-400。作为一个说明性的例子,我们研究现实的超对称轴子模型,并显示出良好的参数,很好地适合$γ$射线过剩。
2015-04-27 astro-ph.CO hep-ph
Constraining resonant photon-axion conversions in the Early Universe
在宇宙的热历史中,原始磁场的存在会引起光子和类轴子粒子(ALP)之间的共振转换。这些转换会扭曲宇宙微波背景(CMB)的黑体光谱。在这种情况下,我们推导出的光子ALP共振转换使用高精度的宇宙背景探测器上的FIRAS仪器收集的CMB光谱数据的界限。我们得到了光子-ALP耦合常数g乘以磁场强度B的乘积的上限,当ALP质量低于eV时,g B > 10^{-13} GeV^{-1} nG。
2009-08-06 astro-ph.CO hep-ph