Green Bank and Effelsberg Radio Telescope Searches for Axion Dark Matter Conversion in Neutron Star Magnetospheres
在中子星周围的强磁场中，轴子暗物质（DM）可以转化为射频电磁辐射。这样一个过程的无线电特征将是一个超窄的光谱峰值，其频率由轴子粒子的质量决定。我们分析了我们从罗伯特·C. Byrd Green Bank望远镜在L波段，Effelsberg 100米望远镜在L波段和S波段，从一些来源，包括银河系的银河系中心和附近孤立的中子星RX J0720.4-3125和RX J0806.4-4123，预计将产生明亮的轴子-光子转换信号。我们没有发现轴子DM的证据，并能够设置一些最强的约束，到目前为止，在高度积极的质量范围之间的~5-11 $μ$ eV的轴子DM的存在。
2020-03-31 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Axions and Axion-Like Particles
对轴子和类轴子粒子的物理情况进行了回顾，并概述了正在进行的和不久的将来的实验室研究。
2014-07-02 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Axion dark matter searches from the standard halo over the tidal stream to the big flow
本研究提出采用单个高分辨率起始的DAQ通道实现覆盖标准晕、潮汐流和大流的轴子暗物质探测，不牺牲采集效率，还可通过滤波避免低分辨率探测的信噪比下降，提升数据复用性与探测灵敏度。
2025-06-18 astro-ph.CO hep-ex
Evidence for a New Light Boson from Cosmological Gamma-Ray Propagation?
最近，成像大气切伦科夫望远镜（IACTs）H.E.S.S.发现了宇宙对伽马射线的巨大透明度。和魔法我们表明，观测可以调和与标准耀变体发射模型提供光子振荡成一个非常轻的类轴子粒子发生在河外磁场。这种效应的定量估计成功地应用于blazar 3C 279。我们的预测可以用卫星上的费米/LAT探测器以及地面上的IACTs H.E.S.S.进行测试，MAGIC、CANGAROO III、VERITAS和广泛的空气簇射阵列ARGO-YBJ和MILAGRO。我们的结果也提供了一个重要的观测测试模型的暗能量，其中quintessence耦合到光子通过一个有效的五维算子。
2009-02-05 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Searches for axions with the EDELWEISS experiment
EDELWEISS实验的主要目的是使用锗测辐射热计直接探测WIMP。它对轴子引起的低能电子反冲也很敏感。我们提出了新的约束的EDELWEISS-II实验数据的耦合的轴子。使用高达448~kg·d的总曝光量，我们在四种涉及轴子起源和耦合的不同假设的情况下，搜索了轴子诱导的电子反冲到2.5~keV。我们对$g_{Aγ}<2.15\times 10^{-9}$ ~GeV $^{-1}$的光子在未被轴子太阳镜完全覆盖的质量范围内的耦合设定了95~\%的CL极限。我们将耦合约束到电子，$g_{Ae} < 2.59\times 10^{-11}$，类似于更间接的太阳中微子约束。最后，我们对$g_{Ae}\times g_{AN}^{\rm eff}<4.82 \times 10^{-17}$进行了限制，其中$g_{AN}^{\rm eff}$是$^{57}$ Fe的有效轴子-核子耦合。结合这些结果，我们完全排除了DFSZ轴子的质量范围$0.91\,{\rm eV}<m_A<80$ ~keV和KSVZ轴子的质量范围$5.73\,{\rm eV}<m_A<40$ ~keV。
2013-09-12 astro-ph.CO hep-ph
Prospects for Axion Dark Matter Searches at LISA-like Interferometers
本文提出修改LISA-like干涉仪星间激光链路偏振态以探测axion暗物质诱导的双折射效应，利用Sagnac组合推导灵敏度，发现下一代空间干涉仪对$10^{-19} - 10^{-14}~\ ext{eV}$质量的axion-光子耦合具有高灵敏度。
2025-04-03 astro-ph.CO hep-ph
AGN spectral variability across activity states and searches for axion-like particles
Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所）；Taras Shevchenko National University of Kyiv（基辅塔拉斯·舍甫琴科国立大学）；Bogolyubov Institute for Theoretical Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院博戈留博夫理论物理研究所）
本研究探讨了AGN光谱变化对ALP搜寻的影响，发现时间平均可能误判ALP效应，强调需考虑光谱变化以提高搜索精度。
2026-01-22 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Indirect Searches for Ultraheavy Dark Matter in the Time Domain
本研究针对超重复合束缚态暗物质碰撞产生的稀有短暂强伽马射线暴易被遗漏的问题，提出经微调的IACTs和PANOSETI可用于探测，能拓展暗物质参数空间探测范围，并给出了相关暗物质模型。
2025-01-18 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
New opportunities for axion dark matter searches in nonstandard cosmological models
我们研究了轴子暗物质生产的错位机制的情况下，具有一般的非标准宇宙学。在大爆炸核合成开始之前，宇宙的能量密度由粒子场$ϕ$控制，粒子场由一般状态方程$ω$描述。随后哈勃膨胀率的提高降低了轴子开始振荡的温度，从而打开了比标准窗口更重的轴子的可能性。这是Kination的情况，或者通常是具有$ω> 1/3$的场景的情况。然而，如果$ω< 1/3$，就像在早期物质支配的情况下，相对于标准模型，$ϕ$的衰变注入了额外的熵，以这种方式稀释了预先存在的轴子丰度，并使较轻的轴子可行。对于失准角$0.5 < θ_i < π/\sqrt{3}$，通常的轴子窗口在早期物质支配的情况下扩展到$4 \times 10^{-9}$ eV $\lesssim m_a \lesssim 2 \times 10^{-5}$ eV，或者在动能化的情况下扩展到$2 \times 10^{-6}$ eV $\lesssim m_a \lesssim 10^{-2}$ eV。有趣的是，在这样一个更宽的范围内耦合轴子光子可以探测到下一代实验，如ABRACADABRA，KLASH，ADMX，MADMAX和ORGAN。因此，对轴子暗物质的研究可能为探索宇宙大爆炸核合成之前的历史提供了一种独特的工具。
2021-12-09 astro-ph.CO hep-ph
Searching for the QCD Dark Matter Axion
本文回顾QCD轴子（冷暗物质候选者）的天体物理搜索、理论进展及历史，介绍其搜索现状、未来前景及正在开发的探测技术。
2025-04-14 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Diffuse axion-like particle searches
提出了一种基于高能天体物理中微子产生的γ射线来寻找类轴子粒子的新方法。高能中微子的存在意味着在同一个源中产生伽马射线。光子可以在源的磁场中转换成ALP，并将作为ALP穿过河外空间。银河系磁场中的反向转换导致了扩散的各向异性高能光子通量，现有的和即将到来的伽马射线探测器，如HAWC，CTA和LHAASO可以探测到。该方法探测未探索的ALP参数空间，LHAASO对$10^{-11}\, \rm{GeV^{-1}}$以上的耦合实际上是敏感的，并且在十年内质量高达$3\times 10^{-6} \, \rm{eV}$。我们的技术还探讨了可行的ALP暗物质参数空间。
2017-12-05 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Dark Matter Targets for Axion-like Particle Searches
许多现有的和拟议的针对QCD轴子暗物质（DM）的实验也可以寻找广泛的类轴子粒子（ALP）。我们分析了实验的敏感性，电磁耦合ALP DM在不同的宇宙学场景的遗物丰度设置的错位机制。我们获得基准DM目标的标准热宇宙学，一个前核合成期的早期物质统治，和一个时期的kination。这些目标在理论上是简单的，并且假设$\mathcal{O}(1)$未对准角，从而避免初始条件的微调。我们发现，一些实验将有敏感性，这些ALP DM目标之前，他们是敏感的QCD轴子，和其他人可以潜在地达到有趣的目标低于QCD带。ALP DM丰度也取决于ALP质量的来源。由强动力学（如QCD轴子）产生的依赖于温度的质量对应于具有较小衰变常数的DM候选者，从而导致更好的检测前景。
2019-05-16 astro-ph.CO hep-ph
Probing the axion-photon coupling: phenomenological and experimental perspectives. A snowmass white paper
我们提出了一个简短的概述正在进行的搜索轴子粒子通过其耦合到光子。经典的QCD轴子和最近提出的类轴子粒子被认为是。轴子-光子耦合的天体物理学界限来自对氦燃烧过程中恒星能量损失的考虑，无论是低质量还是高质量恒星。太阳观测仪在实验室强磁场中寻找太阳轴子向x射线光子的反向转换。最后，Haloscopes的目标是探测我们星系晕中的暗物质轴子。这两种类型的搜索都期待在未来取得重大进展，这将使他们能够探测恒星冷却边界以下的参数空间的大的，动机良好的部分。
2013-09-26 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Hidden Monopole Dark Matter via Axion Portal and its Implications for Direct Detection Searches, Beam-Dump Experiments, and the $H_0$ Tension
由于其稳定性，隐藏的暗物质是一个看似合理的暗物质候选者，但由于与最小形式的标准模型粒子的微弱相互作用，直接实验搜索非常困难。然后，我们介绍了一个轴子，$a$，连接隐藏的暗物质和标准模型粒子，并检查当前的限制和未来的前景直接暗物质搜索和束流转储实验。我们发现两个参数区域周围的$m_a = {\cal O}(10)$ MeV，$f_a = {\cal O}(10^{5})$ GeV和$m_a = {\cal O}(100)$ MeV，$f_a = {\cal O}(10^{4})$ GeV的暗物质和轴子分别在未来的实验，如PICO-500和SHiP的范围内。我们还注意到，主要由轴子衰变产生的隐藏光子与$ΔN_{\rm eff} \simeq 0.6$一起贡献给暗辐射，这可以松弛$H_0$张力。
2019-09-09 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Experimental Searches for the Axion and Axion-like Particles
在预测40年后，轴子仍然是强CP问题最令人信服的解决方案，也是一个动机良好的暗物质候选者，激发了大量基于轴子-光子混合的优雅和超灵敏实验。本报告审查了几个方面的实验情况。微波腔实验在微电子伏范围内寻找暗物质轴子方面取得了很大进展，可能扩展到100 μ eV。然而，在过去的几年里，人们已经认识到，轴子在整个弦论中是普遍存在的，但其质量自然落在纳电子伏特范围内，基于NMR的研究正在发展中。近年来，对太阳燃烧的核心发射出的轴子的研究，以及基于光子再生的纯实验室实验都取得了长足的进步，并为未来十年提出了雄心勃勃的项目。这些活动都推动了技术的发展，使敏感性和群众影响力大幅提高。此外，每种模态也被用来寻找更广义的轴子类粒子，这也将在本报告中讨论。我们希望，甚至乐观地认为，下一次对这一主题的回顾将涉及轴子的发现、它的性质以及它作为早期宇宙学和结构形成的探测器的利用。
2016-01-29 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Quantum dual-path interferometry scheme for axion dark matter searches
针对轴子暗物质探测难题，提出量子双路径干涉测量方案，证明轴子腔体单轴子-光子转换率高于经典结果，可缩短扫描时间、提升耦合灵敏度，助力轴子直接观测。
2024-08-19 astro-ph.CO hep-ph quant-ph
Experimental probes of axions
轴子或类轴子粒子的实验研究依赖于假设的轴子与两个光子的耦合所产生的半经典现象。利用熟悉的相干电磁实验室技术，包括使用微波和光学腔的跃迁共振增强、布拉格散射和相干光子-轴子振荡，可以制造出耦合常数极小的灵敏探针。轴子束可能是天体物理学的起源，如暗物质轴子搜索和太阳轴子搜索的情况下，或在实验室中从激光与磁场的相互作用中产生。这篇笔记是最近实验结果的一个样本。
2010-09-27 astro-ph.CO astro-ph.SR hep-ex
Analytical estimation of the signal to noise ratio efficiency in axion dark matter searches using a Savitzky-Golay filter
本研究提出一种利用Savitzky-Golay滤波器进行背景扣除的解析方法，无需大统计量模拟数据即可在实验前快速估计轴子暗物质搜索的信噪比效率，并从解析上证实了标度因子$ξ$与信噪比效率的一致性。
2023-11-10 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
Large-Volume Centimeter-Wave Cavities for Axion Searches
轴子晕镜的扫描速率与腔体积的平方成正比。本文提出了一类新的薄壳腔来寻找轴子暗物质。这些腔的特征是有效体积比传统的圆柱形晕圈镜大得多（> 20倍），具有相当的品质因数Q和类似的频率调谐范围。全三维数值有限元分析表明，TM_010本征模在整个腔体中是单极化的，并且在超导螺线管产生的均匀磁场中有利于轴光子转换。为了减轻由于局部化引起的杂散模式拥挤和体积损失，将使用前置放大二进制求和网络进行耦合。由于良好的频率标度，新腔最适合于厘米波长（~ 10-100 GHz），对应于有希望的后膨胀轴子产生窗口。在这个频率范围内，高Q薄壳腔所需的严格的加工公差是可以实现的近红外镜的标准加工技术。
2020-05-12 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Shining Light on Cosmogenic Axions with Neutrino Experiments
虽然迄今为止对宇宙轴子的大多数搜索都集中在它们作为暗物质（组成部分）的冷遗迹上，但各种动机良好的宇宙学来源可以产生“增强”的轴子，这些轴子今天仍然保持相对论性。我们证明，现有的/即将到来的中微子实验，如超级神冈，超级神冈，DUNE，JUNO和IceCube可以探测这种充满活力的轴子遗迹。特征信号是由轴子-光子耦合引起的轴子吸收产生的单能单光子信号。这项建议提供了覆盖的参数范围是补充现有的轴子搜索，并提供了新的机会，发现中微子设施。
2022-09-30 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
A New Target for Cosmic Axion Searches
本文提出利用未来CMB实验对相对论性粒子密度的亚百分比灵敏度，探测轴子与标准模型所有自由度的耦合，其约束力将远超现有实验与观测。
2016-11-05 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Symmetries and Selection Rules: Optimising Axion Haloscopes for Gravitational Wave Searches
针对轴子和引力波在电磁场中诱导振荡磁场的现象，推导出决定探测器参数敏感性的选择规则，并应用于 ABRACAD 和 LIGO 实验以优化搜索并最大化灵敏度，揭示了利用对称性增强搜索的方法及实验盲点。
2024-04-29 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Axion searches with the EDELWEISS-II experiment
我们提出了新的约束的耦合的轴子和更一般的轴子粒子使用的数据从EDELWEISS-II实验。EDELWEISS实验位于Modane地下实验室，主要目的是使用锗测辐射热计直接探测WIMP。它对太阳或暗物质轴子引起的低能电子反冲也很敏感。使用的总曝光量高达448公斤。天，我们寻找轴子引起的电子反冲下降到2.5千电子伏的四种情况下，涉及不同的假设的起源和耦合的轴子。我们设置了一个95%的CL限制耦合到光子$g_{Aγ}<2.13\times 10^{-9}$ GeV $^{-1}$在一个质量范围内不完全涵盖的轴子日光镜。我们也限制耦合到电子，$g_{Ae} < 2.56\times 10^{-11}$，类似于更间接的太阳中微子约束。最后，我们对$g_{Ae}\times g_{AN}^{\rm eff}<4.70 \times 10^{-17}$进行了限制，其中$g_{AN}^{\rm eff}$是$^{57}$ Fe的有效轴子-核子耦合。结合这些结果，我们完全排除了DFSZ轴子的质量范围$0.91\,{\rm eV}<m_A<80$ keV和KSVZ轴子的质量范围$5.73\,{\rm eV}<m_A<40$ keV。
2013-07-04 astro-ph.CO hep-ph
Supersymmetry with radiatively-driven naturalness: implications for WIMP and axion searches
通过坚持MSSM的电弱和QCD部分的自然性，暗物质产生的图像与通常的WIMP奇迹图像相比有了很大的改变。在具有辐射驱动自然性的超对称模型（辐射自然超对称模型或RNS）中，其中包括对强CP和超对称μ问题的DFSZ类解决方案，暗物质预计将是轴子和希格斯诺类WIMP的混合物。WIMP/轴子丰度计算需要同时求解一组描述准稳定轴子和轴子的耦合玻尔兹曼方程。在大多数的参数空间，轴子弥补了占主导地位的贡献的暗物质，虽然地区的WIMP优势也发生。我们给出了PQ标度f_a的允许范围，并与ADMX轴子探测器在不久的将来预期探测的值进行了比较。我们还显示了WIMP的检测率，这是抑制从通常的期望，因为现在WIMP只包括一小部分的总暗物质。尽管如此，吨级稀有液体探测器应该能够探测整个RNS参数空间。间接的WIMP检测率是不太有利的，因为它们是由耗尽的WIMP丰度的平方减少。
2015-03-13 astro-ph.CO hep-ph
Multiple Axions in Laboratory Experiments
Université Lyon 1（里昂第一大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；IP2I, UMR 5822（粒子与核物理研究所，联合研究单位5822）；École Normale Supérieure (ENS) de Lyon（里昂高等师范学院）；Theory Center, Institute of Particle and Nuclear Studies (IPNS), High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构粒子与核研究所学说中心）；Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI)（综合研究大学院大学）；Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI)（汤川宇宙物理学与数学研究所）；Institute for Particle Physics Phenomenology, Department of Physics, Durham University（达勒姆大学物理学院粒子物理现象学研究所）；Institut für Theoretische Physik, Universität Heidelberg（海德堡大学理论物理研究所）；International Center for Quantum-field Measurement Systems for Studies of the Universe and Particles (QUP,WPI), High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构宇宙与粒子量子场测量系统国际中心）
该研究探讨了实验室实验中多重轴子的存在，推导了轴子-光子振荡公式，并分析了多重轴子对观测信号的影响，包括增强和抑制信号的可能性。
2026-09-23 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Prospects for axion searches with Advanced LIGO through binary mergers
通过LIGO/VIRGO和相关的电磁对应物对来自双星中子星合并的引力波的观测提供了轨道动力学的高精度测试，因此是额外力和新辐射自由度的新的灵敏探测器。轴子是标准模型的一个特别有动机的扩展类，导致新的力量和辐射源，这是我们在本文中的重点。利用有效场论（EFT）方法，计算了含轴子的中子星并合双星的轨道动力学、辐射功率和引力波形的第一次后牛顿修正.这个结果适用于许多理论，这些理论在广义相对论中增加了额外的质量标量自由度。然后，我们进行了详细的预测，先进的LIGO约束的EFT的自由参数的潜力，并将这些映射到质量$m_a$和衰减常数$f_a$的轴子。在设计灵敏度，我们发现，先进的LIGO可以潜在地排除与$m_a \lesssim 10^{-11} \ {\rm eV}$和$f_a \sim (10^{14} - 10^{17}) \ {\rm GeV}$的轴子。在这个参数空间区域有各种各样的互补观测探测，包括双星的轨道衰变，黑洞的超辐射和实验室搜索。我们评论这些不同的观测之间的协同作用。
2019-02-28 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
First Searches for Axions and Axion-Like Particles with the LUX Experiment
第一次搜索轴子和轴子类粒子与大型地下氙（LUX）实验。假设氙中存在轴-电相互作用，使用2013年收集的数据测试了轴子和电子之间的耦合常数gAe，暴露量总计为95个存活日$\times$ 118 kg。双侧曲线似然比统计检验排除了gAe大于3.5 $\times$ 10 $^{-12}$（90% C.L.）关于太阳轴子假设DFSZ理论描述，耦合的上限对应于0.12 eV/c $^{2}$的轴子质量上限，而对于KSVZ描述，排除了36.6 eV/c $^{2}$以上的质量。对于银河系类轴子粒子，gAe大于4.2 $\times$ 10 $^{-13}$的值被排除在1-16 keV/c $^{2}$的粒子质量范围之外。这些是迄今为止对这些相互作用最严格的限制。
2017-06-30 astro-ph.CO hep-ph
Symmetrically Tuned Large-Volume Conic Shell-Cavities for Axion Searches
在早期的论文中，提出了一类新的薄壳腔，以避免传统轴子haloscope的陡峭频率标度。在这项后续工作中，我们看到，一个广义的圆锥几何形状，使这些大体积厘米波腔强大的频率调谐。圆锥壳腔的频率限定尺寸在调谐期间对称且均匀地改变，从而保持到外部螺线管场的高轴子耦合效率（形状因子）。它进一步表明，这种可调的几何形状不限于圆锥。本文提出了一种适用于任意体积填充圆锥壳型腔的通用公式，并对所建立的数值模型给出了直接解。最大的实现设计是一个曲折的“大脑”腔，可在20%的频率范围内调谐。该腔的扫描速率比当前一代实验中使用的缩放圆柱形腔的扫描速率大三个数量级。扫描速率如此大的改善的前景应该激励制造和其他实现技术的研发工作。如果能够满足这些工程挑战，基于腔的轴子Haloscope可以在高于几GHz的频率上保持竞争力。我们提出了一个实验配置在20 GHz（~ 80 $μ$ eV）使用一个阵列的脑腔，并将其与其他建议类似的频率。
2020-12-10 astro-ph.CO hep-ex physics.ins-det
Phenomenology of the companion-axion model: photon couplings
我们研究了由两个耦合的QCD轴子组成的“伴轴子模型”的唯象。第二个轴子是为了将强CP问题的Peccei-Quinn解从有色引力瞬子的影响中拯救出来。在这里，我们调查的轴子和轴子光子相互作用的组合现象，重铸现在和未来的单轴子界限到伴侣轴子参数空间。最值得注意的是，我们预测，未来的轴子搜索与haloscopes和helioscopes可能会发现两个QCD轴子，甚至在同一个实验。
2021-09-27 astro-ph.CO hep-ph hep-th
WISPers from the Dark Side: Radio Probes of Axions and Hidden Photons
在无线电政权的测量包括一些有效的方法WISP搜索，往往覆盖独特的或高度互补的范围内的参数空间相比，在其他研究领域的探索。这些测量可以用来寻找隐藏光子和轴子振荡的电磁示踪剂，将探测到的隐藏光子质量范围向下延伸到~10^-19 eV，并关闭了轴子暗物质强烈青睐的1-5微eV范围内的最后间隙。这为该领域的几项新举措提供了强大的推动力，包括WISP暗物质实验（WISPDMX）和在0.1-1000微电子伏特范围内进行宽带WISP搜索的新概念方法。
2013-09-17 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Ultra wideband axion search using a Faraday haloscope
暗物质是我们宇宙的主要组成部分，而轴子是一个主要的候选者。在这篇文章中，它示出，通过利用轴子在磁棒和法拉第效应的诱导磁化，轴子在$500$到$5000~μ$ eV的质量范围内，其中一部分（$> 3500~μ$ eV）是目前无法访问的实验，可以搜索使用相同的实验装置在一年内使用现有的技术。磁棒被放置在一个高精细度的光学腔中，通过将探测光限制在其内，增加了相互作用时间，从而增强了法拉第效应。这充分旋转探测光的偏振平面并产生鲁棒信号。使用直流磁场选择不同质量的轴子。在无噪声的环境中，通过使用容易获得的高量子效率（$\approx 1$）光子计数器在光域中对光子进行计数来进行检测。还提出了一种光学干涉方案，可以提供光谱信息的轴子被搜索。
2022-12-05 astro-ph.CO astro-ph.IM cond-mat.str-el
