Predictions for Axion Couplings from ALP Cogenesis
在标准模型中加入一个类轴子粒子（ALP），在早期宇宙中具有场速度，同时解释了观测到的重子和暗物质密度。这需要ALP与光子、核子和/或电子之间的一个或多个耦合，这些耦合被预测为ALP质量的函数。这些预言的出现是因为暗物质与重子密度的比率与ALP场速度无关，从而允许ALP质量$m_a$与衰变常数$f_a$之间存在相关性。预测的耦合的数量级大于那些为QCD轴子和暗物质从传统的ALP错位机制。因此，这个方案，ALP共生，是在未来的实验ALP搜索从实验室和恒星的对象，并为暗物质。
2020-06-08 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Cosmological limits on axions and axion-like particles
轴子是一种伪南武-戈德斯通玻色子。它出现在Peccei-Quinn对称性自发破缺之后，这是为了解决强CP问题而提出的。在粒子物理学的标准模型的某些扩展中，其他的伪南布-戈德斯通玻色子被称为类轴子粒子（axion-like particles，ALP），如果它们与轴子具有某些特征，特别是与两个光子的耦合。到目前为止，轴子和ALP的搜索都没有成功，这表明它们的耦合非常弱。然而，轴子和ALP可能是天体物理学和宇宙学中一些可观察到的效应的原因，这些效应也可以用来限制这些粒子的参数空间。我们专注于来自宇宙学的限制，这是研究轴子和ALP的最佳领域。特别是，我们首先调查的可能性的原始人口的轴子和ALPs在宇宙的最早时期产生的。这项分析的重要性在于，轴子和ALP是理想的暗物质候选者，因为它们之间微弱的相互作用和独特的产生机制。最后，我们考虑的后果，这样一个人口的衰变对特定的宇宙学观测，即星系的光子谱，宇宙微波背景，中微子物种的有效数量，和原始元素的丰度。我们的边界构成了最严格的探针的早期衰变，并排除了ALP参数空间的一部分，否则很难测试实验。
2012-10-11 astro-ph.CO hep-ph
Axion-like particles: possible hints and constraints from the high-energy Universe
高能宇宙可能是寻找新的轻玻色子如轴子粒子（ALP）的伟大实验室。宇宙源确实是涉及强磁场和/或非常长的基线的暴力现象的场景，其中光子与ALP的混合效应可能导致可观察到的效应。有两个例子是这一事实的原型，即宇宙对伽马射线的不透明性和高能源能谱中的天体物理磁湍流的印记。在第一种情况下，可以提出ALP存在的提示，而第二种则用于限制ALP质量和与光子的耦合。
2013-05-23 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Axions and ALPs: a very short introduction
QCD轴子最初被预测为强CP问题的动力学解。类轴子粒子（ALP）也是包括弦论在内的许多高能物理模型的一般预测。对轴子的理论模型进行了综述，给出了一个与标准模型耦合的多轴子作用。这些轴子的耦合和质量可以跨越许多数量级，宇宙学使我们考虑几种不同的轴子群体，它们表现为相干凝聚体或相对论粒子。轻而稳定的轴子是暗物质的主要候选者。评述了轴子宇宙学和遗迹密度的计算。一个非常简短的调查所产生的直接耦合到标准模型的轴子的现象，和他们独特的引力相互作用。
2017-12-08 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Galaxy Cluster Thermal X-Ray Spectra Constrain Axion-Like Particles
类轴子粒子（ALP）和光子在磁场存在下相互转换。在keV能量的环境中的星系团，转换概率可以成为未抑制的轻ALP。将热X射线光子转换为ALP可以在星系团热韧致辐射谱中引入台阶状特征，我们认为现有的星系团X射线数据应该足以将低质量区$m_a \lesssim 1 \times 10^{-12}\,{\rm eV}$中ALP的边界扩展到$M \sim 7\times 10^{11}\, {\rm GeV}$，对于$10^{11}\, {\rm GeV} < M \lesssim 10^{12}$ GeV的光ALP，产生了有趣的和独特的观测特征，可以通过现有的和即将到来的X射线来探测（和潜在的X射线偏振）观测星系团。
2015-09-22 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
A Non-Inflationary Axion and ALP Misalignment Mechanism
基于量子引力破坏全局对称性的考量，提出由 Planck 抑制项导致的对称性破缺可提供一种非暴胀的失配机制，从而在低温下产生轴子及 ALP 场的相干振荡。
2025-07-01 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Photon-axion conversion in Active Galactic Nuclei?
类轴子粒子（Axion-Like Particles，ALPs）是当前研究的热点。我们分析的背景下，活动星系核（AGN）的相对论性喷流模型的光子ALP转换超过100个来源。与以前的说法相反，我们发现，这个过程不能发生在100 GeV以上，无论实际的活动星系核模型和ALP参数的值。这一结果排除了一种绕过100 GeV以上宇宙不透明度的策略，这显然是观测所需要的。我们还表明，一些活动星系核的可观察到的效果，可以显示在X和软伽玛射线波段。
2009-05-25 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Heavy Axions Can Disrupt $γ$-ray Bursts
本研究探究重类轴子粒子（ALPs）对γ射线暴（GRB）火球的扰乱作用，通过将ALP相互作用加入GRB火球模型，利用明亮GRB观测对200 MeV-5 GeV质量范围的ALP-光子耦合给出了低至约4×10^-12 GeV^-1的强约束。
2025-01-15 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Supernova Muons: New Constraints on Z' Bosons, Axions, and ALPs
超新星中产生的新的轻粒子会导致额外的能量损失，从而导致中微子产生的不足，这与超新星1987 A（SN 1987 A）观测到的中微子相冲突。与大多数以前的SN 1987 A研究相反，我们研究了$Z'$玻色子，轴子和类轴子粒子（ALP）与SN 1987 A中产生的μ子相互作用的影响。对于第一次，我们发现一般的$Z'$玻色子耦合到μ子的限制，并将我们的结果应用到粒子模型，包括规范的$L_μ-L_τ$数，$U(1)_{L_μ-L_τ}$，规范的$B-L$数，$U(1)_{B-L}$。在$Z'$ -μ子耦合中，我们将$Z'$玻色子的质量限制在250-500 MeV，并降低到$10^{-9}$。我们还通过研究环路级相互作用的重要性，以及在更广泛的轴子质量范围内进行计算，扩展了以前的工作。我们约束介子耦合轴子从任意低的质量高达约200-500兆电子伏，与边界延伸到大约$10^{-8}$ GeV $^{-1}$的轴子-介子耦合。我们的结论是，超新星广泛地提供了一个新的轻耦合粒子与μ子相互作用的灵敏探针。
2020-06-30 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Electroweak axion in light of GRB221009A
该研究提出，与 GRB221009A 高能光子存活率相关的类轴子粒子（ALP）可解释为具有无反常 $Z_{10}$ Froggatt-Nielsen 对称性的电弱轴子。
2023-10-16 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Reionization during the dark ages from a cosmic axion background
最近有人指出，后暴胀时期重场的原始衰变将产生相对论性类轴子粒子（ALP）的宇宙背景，从而导致今天宇宙中的额外辐射。原始磁场会在黑暗时代触发这些ALP转化为亚MeV光子。这种光子流会使宇宙早期再电离，在总光学深度上留下一个显著的印记，以重新组合$τ$。利用$τ$的电流测量和普朗克实验对额外辐射含量$ΔN_{\rm eff} $的限制，我们对ALP-光子转换提出了一个强的限制。也就是说，我们得到的产品上的上限的光子ALP耦合常数$g_{aγ}$倍的磁场强度$B$下降到$g_{aγ} B \gtrsim 6 \times 10^{-18} \textrm{GeV}^{-1} \textrm{nG} $的超轻ALP。
2016-05-02 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Detecting Axion Dark Matter with Radio Lines from Neutron Star Populations
有人认为，射电望远镜可能对轴子暗物质敏感，轴子暗物质在中子星周围的磁层中共振转换为射电光子。在这项工作中，我们仔细研究这种可能性，通过计算的辐射功率和预测的灵敏度轴子暗物质转换在天体物理系统，如星系和球状星团内的NS合奏。我们使用人口合成和演化模型来描述这些系统中的NS的空间分布和NS属性的分布。聚焦于三个具体的目标来说明，银河系的银河系中心，人马座矮星系中的球状星团M54和仙女座星系，我们表明，用绿岸望远镜和未来的平方公里阵列等望远镜进行的窄带射电观测可能能够探测质量超过大约两个数量级的量子色动力学轴子，从$μ$ eV的几分之一开始。
2018-11-02 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Light axion-like dark matter must be present during inflation
类轴子粒子（ALP）可能构成所观察到的冷暗物质（CDM）的全部。ALP的参数空间取决于粒子$m$的质量和膨胀$H_I$的能量尺度，后者受未探测到原始引力波的约束。我们发现，HI上的约束意味着存在的质量尺度$m_χ= 10 {\rm \,neV} ÷ 0.5 {\rm \,peV}$，取决于ALP的敏感性$χ$，这样的能量密度的ALP的质量小于$m_χ$是太低，以解释目前的CDM预算，如果ALP字段已起源结束后的通货膨胀。这个界限影响了超轻轴子（ULA），它最近作为CDM候选者重新流行起来。光（$m < m_χ$）的ALP可以是CDM候选人，只有当ALP领域已经起源于暴胀期间，在这种情况下，参数空间的限制由非检测轴子等曲率波动。我们评论的影响，这些界限从额外的物理超出了标准模型，除了ALP。
2018-11-01 astro-ph.CO hep-ph
Axion-like particles and high-energy gamma rays: interconversion revisited
该研究针对类轴子粒子（ALPs）搜寻问题，通过Monte Carlo模拟磁化环境中TeV高能伽马射线与ALPs的相互转化，完整纳入星系际电磁级联效应，为当前及未来的ALP探测研究提供改进的传播过程分析。
2023-08-28 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Ultralight Particle Dark Matter
我们回顾了超轻粒子在标准模型之外的弱耦合物理情况，特别是轴子和类轴子粒子（ALP）：（i）强CP问题的轴子解及其在标准模型的合理扩展中的嵌入;（ii）宇宙中冷暗物质由轴子和类轴子粒子组成的可能性;（iii）ALP对TeV光子的宇宙异常透明性的解释;（iv）轴子或ALP对白矮星的异常能量损失的解释。此外，我们提出了一个正在进行的和不久的将来的实验室实验，寻找轴子和ALP：haloscopes，helioscopes，和光照射通过一个墙实验的概述。
2013-10-04 astro-ph.CO hep-ph
Constraining Axion and ALP Dark Matter from Misalignment during Reheating
本文研究再加热期间错位机制产生轴子暗物质的参数空间扩展，并利用ADMX等实验约束再加热动力学。
2023-10-12 astro-ph.CO hep-ph
Searching for axion-like particles with SPHEREx
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino（意大利国家核物理研究所都灵分部）
本文研究利用SPHEREx近红外望远镜通过ALP衰变为双光子的信号探测类轴子粒子，并发现其可在0.5-3 eV质量范围内显著提升对轴子-光子耦合的限制。
2026-11-06 astro-ph.CO hep-ph
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
Non-perturbative over-production of axion-like-particles (ALPs) via derivative interaction
类轴子粒子（Axion like particles，ALP）是标准模型以外的物理学中的一种常见粒子，是一种赝标量南武-戈德斯通玻色子，一旦全局$U(1)$对称性自发破缺，就会出现。ALP可以从各种非微扰的量子效应中获得质量，例如异常或瞬子。ALP可以通过导数相互作用耦合到包含标量凝聚体（如暴胀子或模场）的物质扇区，而轴子{ \it衰变常数} $f_χ$抑制了导数相互作用.虽然弱相互作用，ALP可以产生大量的均匀凝聚体的相干振荡。在本文中，我们将研究这样一种情况，即ALP可以大量产生，在某些情况下，甚至可以通过奇数和偶数维算子过接近宇宙，只要$f_χ/Φ_{\rm I} \ll 1$，其中$Φ_{\rm I}$表示标量凝聚体$ϕ$相干振荡的初始振幅。我们将简要地提到这种危险的生产过剩将如何影响宇宙中的暗物质和暗辐射丰度。
2015-08-17 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Gravitational waves from axion-like particle cosmic string-wall networks
类轴子粒子（ALP）是暗物质（DM）的一个引人注目的候选者，其产生与弦壁网络的形成有关。如果由弦包围的墙持续存在，这就要求势能具有多个局部极小值（$N>1$），它们必须在成为主导之前湮灭。它们主要湮灭为引力波和非相对论性ALP。我们表明，对于ALPs以外的QCD轴子，这些引力波，如果在低于100 eV的温度下产生，可以检测到未来的宇宙学探测ALPs的质量从$10^{-16}$到$10^{6}$ eV，可以构成整个DM。
2021-09-20 astro-ph.CO 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
Detecting ultralight axion dark matter wind with laser interferometers
质量在$10^{-22}$ eV左右的超轻轴子被认为是暗物质的候选者。超轻轴子的一个特殊特征是随时间振荡的压力，这会产生引力势的振荡。由于太阳系以大约$v \sim 300 \, \text{km} / \text{s} = 10^{-3}$的速度穿过暗物质晕，因此存在轴子风，对我们来说，它看起来像标量引力波。因此，有可能通过使用激光干涉仪探测器来探测具有宽质量范围的超轻轴子暗物质。我们计算了由超轻轴子场的振荡压力引起的探测器信号，这将被未来的激光干涉仪实验所探测到。我们还认为，探测器的信号可以增强由于共振的修正引力理论解释的暗能量。
2017-06-08 astro-ph.CO hep-ph
Phenomenology of axion-meson mixing and scattering processes
Universitat Autònoma de Barcelona（巴塞罗那自治大学）；Institut de Física d’Altes Energies (IFAE)（高能物理研究所（IFAE））；The Barcelona Institute of Science and Technology (BIST)（巴塞罗那科学技术学院（BIST））
本研究在手征微扰理论中推导了任意质量轴子类粒子与介子的混合及散射振幅，恢复了QCD轴子极限，并给出了包含同位旋破缺的通用参数化框架。
2026-10-08 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Enhanced Early Galaxy Formation in JWST from Axion Dark Matter?
本文提出在具有延迟振荡开始的类轴子粒子暗物质模型中，局域大质量天体的形成可增强早期结构形成，从而解释JWST观测到的早期星系超量，并确定了可行的ALP质量参数空间及其互补观测特征。
2024-10-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Freeze-in Axion-like Dark Matter
我们提出了一个有趣的希格斯门模型，其中类轴子粒子（ALP）耦合到标准模型部门只有通过希格斯场。ALP由于CP不变性而变得稳定，并且被证明是冻结暗物质的天然候选者，因为它的性质由微扰ALP移位对称性控制。门耦合可以由隐藏的限制规范扇区非微扰地产生，也可以由在ALP位移对称下带电的新轻子辐射地产生。这样的紫外线完成通常涉及CP破坏阶段，这使得ALP不稳定并通过与希格斯玻色子混合而衰变，但可以通过调用额外的对称性以自然的方式充分抑制。
2019-10-29 astro-ph.CO hep-ph
Axion-like Particle Conversion in the Solar Magnetic Field
该研究探讨太阳磁场中类轴子粒子与光子的转换现象，利用NuSTAR观测数据对ALP-光子耦合施加严格约束。
2025-01-27 astro-ph.CO hep-ph
Shedding Infrared Light on QCD Axion and ALP Dark Matter with JWST
本研究利用JWST的NIRSpec IFU光谱观测，对0.47至2.55 eV质量范围的QCD轴子和ALP暗物质的光子耦合施加了最强限制，并探测了新质量范围，为未来发现暗物质提供了可能。
2025-03-18 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Signals of Axion Like Dark Matter in Time Dependent Polarization of Light
我们考虑通过使用光的偏振角的时间序列数据来搜索类轴子粒子（ALP）。如果ALP的凝聚起着暗物质的作用，光的偏振面作为时间的函数振荡，我们可以通过连续观察偏振来检测ALP的信号。特别是，我们讨论了傅立叶变换的数据的时间相关的偏振角的分析是强大的发现ALP暗物质的信号。我们特别注意来自天体物理源如原行星盘、超新星遗迹、宇宙微波背景辐射的前景辐射等的光，指出对于ALP质量的$\sim 10^{-22}$ - $10^{-19}\ {\rm eV}$，在傅立叶空间中的ALP搜索可以到达其他搜索尚未探索的参数区域。
2019-11-30 astro-ph.CO hep-ph
Audible Axions with a Booster: Stochastic Gravitational Waves from Rotating ALPs
引力波提供了一种新的方法来探测与暗光子场耦合的轴子或类轴子粒子，即使在没有与标准模型粒子耦合的情况下。然而，在传统的错位机制中，产生可观测的随机引力波背景需要大的轴子衰变常数。在这里，我们调查的引力波信号内产生的动力失调的情况下，假设轴子有一个大的初始速度。它的动能提供了一个足够高的能量预算，以产生一个可检测的引力波信号，也在较低的衰减常数值。我们得到了相应的引力波信号的解析估计和数值模拟，并评估了它在当前和未来的引力波观测站的可探测性。我们进一步给出了模型参数空间上相应的投影约束，以及暗光子或轴子构成暗物质的参数区域，或者宇宙的重子不对称性通过轴生机制产生的参数区域。最后，我们计算GW生产的旋转轴子，这是很难观察到的实验碎裂。
2022-04-15 astro-ph.CO hep-ph
Constraining axionlike particles using the distance-duality relation
在观测宇宙学中使用的一个基本结果是距离对偶关系（DDR），它将光度距离$D_L$与角直径距离$D_A$联系起来，在给定的红移$z$。我们采用观察到的限制，这种关系来约束轴子类粒子（ALP）与光子的耦合。通过我们在标准$Λ$ CDM宇宙中详细的$3D$ ALP光子混合模拟和Holand \& Barros（2016）中观察到的最新DDR限制，我们限制了质量为$\le 10^{-15}$ eV的ALP的耦合常数$g_ϕ\le 6 \times 10^{-13} GeV^{-1}\left(\frac{nG}{\langle B \rangle_{\rm Mpc}}\right)$。DDR观测结果可以对未来的ALP混合提供非常严格的约束。DDR中的任何偏差也可以常规地解释为光子衰减为轴子，反之亦然。
2016-12-31 astro-ph.CO hep-ph
Searching for axion-like particles under strong gravitational lenses
我们建立了强引力透镜系统作为类轴子粒子（ALP）的强大探针-暗物质的候选者。光子与ALP的微小相互作用引起双折射。多重图像的引力透镜偏振对象允许差分双折射测量，减轻系统学和天体物理学的依赖性。我们将这种新的方法应用于B1152+199类透镜系统，并约束ALP-光子耦合$\le 9.2\times 10^{-11}\, {\rm GeV}^{-1} \textrm{ to } 7.7\times 10^{-8}\, {\rm GeV}^{-1}$（$95\%$ C.L.）$3.6\times 10^{-21} \,{\rm eV}$和$4.6 \times 10^{-18} \,{\rm eV}$之间的ALP质量。更大的样本将改善约束。
2020-07-10 astro-ph.CO hep-ph
Searching for axion-like particles through CMB birefringence from string-wall networks
类轴子粒子（ALP）可以形成宇宙弦和畴壁的网络，这些网络在复合后存活，并导致宇宙微波背景（CMB）的各向异性双折射。除了研究宇宙弦，我们澄清和强调ALP场域壁的形成如何影响宇宙双折射信号，这些观测提供了一种独特的方式探测ALP的范围内的质量$3H_0 \lesssim m_a \lesssim 3H_{\rm cmb}$。使用测量CMB双折射从几个望远镜，我们没有发现轴缺陷引起的各向异性双折射的CMB的证据。我们提取的模型参数，包括ALP质量$m_a$，ALP-光子耦合$\mathcal{A} \propto g_{aγγ} f_a$，域壁数$N_{\rm dw}$，和参数表征的弦壁网络中的缺陷的丰度和大小的约束。考虑到最近的证据，各向同性CMB双折射，我们发现很难适应这与非检测各向异性双折射的假设下，信号是由ALP缺陷网络产生的。
2022-08-17 astro-ph.CO hep-ph
A New Method for Detecting Axion With Cylindrical Superconductor
提出了一种在轴子-光子转换中寻找暗物质轴子的方法。我们考虑了在强磁场作用下的圆柱形超导体。暗物质轴子产生振荡电场，在超导体表面感应出振荡超导电流。电流产生偶极辐射，频率为$m_a/2π$，由轴子质量$m_a$给出。我们证明了在磁场$\sim 3$ T作用下，当圆柱形超导体的半径为$\sim 1$ cm，长度为$\sim 10$ cm时，电流产生的辐射通量为$10^{-18}$ W量级. %超导电流在表面中流动至深度$λ\simeq 5\times 10^{-6}$ cm。大量的辐射通量的出现是因为超导体中存在具有大量密度的库珀对（$\sim 10^{22}/\rm cm^{3}$）。由于探测灵敏度高，可以利用现有射电望远镜同时搜索宽频带的射频。
2020-09-03 astro-ph.CO hep-ph
Free Streaming Length of Axion-Like Particle After Oscillon/ I-ball Decays
类轴子粒子（ALP）是由弦论预言的赝标玻色子。由于ALPs具有比二次型更浅的势，导致了不稳定性，并能形成孤子/I-ball。虽然对于某些类型的势，介子的寿命可以很长，但它们最终会衰变到现在。我们利用数值格子模拟研究了声子的衰变过程，并计算了声子衰变产生的ALP的平均动量。研究发现，如果在早期宇宙中的光子衰变，ALP的自由流长度变得太长，无法解释小尺度观测的物质功率谱。我们发现，具有长寿命的介子可以改变小尺度上的密度波动，这导致严格的约束ALP质量和介子寿命。
2021-10-12 astro-ph.CO hep-ph
Probing Axion-like Particles via CMB Polarization
类轴子（Axion-like particles，ALP）通过耦合作用使光子的线偏振态发生旋转，并将宇宙微波背景（cosmic microwave background，CMB）$E$模转换为$B$模。通过假设ALP $ϕ$具有二次势$V=m^2ϕ^2/2$，我们推导出ALP动力学与旋转角之间的关系。我们计算了CMB观测对ALP-光子耦合$g$的当前和未来的灵敏度，它可以达到$10^{-32}\,\mathrm{eV}\lesssim m\lesssim 10^{-28}\,\mathrm{eV}$的$g=4\times 10^{-21}\,\mathrm{GeV}^{-1}$，并且远远超过任何质量$m\lesssim 10^{-25}\,\mathrm{eV}$的其他搜索。我们发现，在观察者的ALP场的波动，这在以前的研究中被忽略，可以诱导显着的各向同性旋转的CMB偏振。各向同性和各向异性旋转的测量使我们能够对相关量（如ALP质量$m$和ALP密度参数$Ω_ϕ$）进行限制。特别是，如果LiteBIRD检测到各向异性旋转，我们得到张量与标量比的下限为$r > 5 \times 10^{-9}$。
2021-03-11 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
Axion dark matter with explicit Peccei-Quinn symmetry breaking in the axiverse
本文研究了早期宇宙中显式PQ对称性破缺下QCD轴子与ALP的质量混合及能级交叉现象，发现该机制可抑制QCD轴子遗迹密度并增强ALP遗迹密度，可能引发轴子畴壁、纳赫兹引力波和原初黑洞等宇宙学效应。
2024-08-28 astro-ph.CO hep-ph
Bounds on Axions-Like Particles Shining in the Ultra-Violet
利用哈勃太空望远镜紫外档案数据观测矮椭球星系和星系团，对14.4-22.2 eV质量的类轴子粒子（ALPs）进行限制，推导的ALP-光子耦合限制超越先前结果超一个数量级。
2025-05-29 astro-ph.CO hep-ph
Lyman-$α$ limit on axion-like cold dark matter
本文利用低红移再电离数据给出 ALP 冷暗物质在 30-1000 eV 质量范围的新莱曼-α限制，在 375-425 eV 区间最严格，并结合其他界限给出错位与冻结产生机制下的排除限。
2024-10-21 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational wave probes of axion-like particles
我们最近发现，轴子和类轴子粒子（ALP）在早期宇宙中开始振荡时，可能会发射出可观测到的随机引力波（GW）背景。在这份说明中，我们确定了ALP参数空间的区域，这可能是由未来的GW探测器，包括地面和空间为基础的干涉仪和脉冲星定时阵列探测。有趣的是，这些实验有能力探测轴子从下而上，即在非常弱的耦合制度，否则不受约束。此外，我们还讨论了有限暗光子质量和动力学混合对机制的影响，以及轴子与标准模型场耦合的敏感性。我们的结论是，现实的轴子和ALP的情况下，确实可能会探测GW的实验在未来，并提供进一步研究的信号模板。
2020-12-22 astro-ph.CO hep-ph
Detecting Axion-like Dark Matter with Linearly Polarized Pulsar Light
非相对论性QCD轴子或类轴子粒子是宇宙中冷暗物质最热门的候选者之一。我们提出了用线偏振脉冲星光作为探测器来探测类轴子DM。由于星系轴子DM背景振荡可能引起的双折射效应，脉冲星光穿越星系时，其线偏振角可能随时间变化。与孤子+NFW银河DM密度分布，我们表明，这种策略可以潜在地探测小到$\sim 10^{-13}$ GeV $^{-1}$轴子质量$m_a \sim 10^{-22}-10^{-20}$ eV的轴子光子耦合，给定当前的测量精度。强于CAST（$ \sim 10^{-10}$ GeV $^{-1}$）和SN 1987 A（$ \sim 10^{-11}$ GeV $^{-1}$）的排阻极限可以分别扩展到$m_a \sim 10^{-18}$ eV和$\sim 10^{-19}$ eV。
2019-02-25 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Imprints of the Early Universe on Axion Dark Matter Substructure
尽管实验取得了相当大的进展，但类轴子粒子（ALP）参数空间的大部分仍然难以在陆地实验中探测。然而，在某些情况下，ALP暗物质（DM）分布的小尺度结构被强烈增强，为天体物理测试提供了机会。这种增强可以由核合成前的早期物质支配（EMD）时期产生。这种宇宙学出现在许多紫外线完成，并产生正确的遗迹丰度弱耦合$f_a\sim 10^{16}$ GeV，ALP质量范围$10^{-13}$ eV $<m_a < 1$ eV，没有微调的初始失准角。这个范围包括$10^{-9}-10^{-8}$ eV附近的QCD轴子。EMD促进ALP小尺度结构的生长，导致形成密集的ALP微簇。我们研究了初始ALP振荡，再加热温度和有效压力之间的相互作用，提供分析估计的微集群的丰度和属性。EMD宇宙学中的ALP微团比$Λ$ CDM中的更密集、更丰富。虽然增强的子结构一般减少了直接检测实验的前景，我们表明，脉冲星定时和透镜观测可以发现这些小晕在大范围的ALP质量和再加热温度。
2020-02-17 astro-ph.CO hep-ph hep-th
No chiral light bending by clumps of axion-like particles
我们研究了光子与类轴子粒子（ALP）之间存在宇称破坏耦合时光的传播。简单地说，这种相互作用可能导致光线分裂成两个不同偏振手性和不同折射角的单独光束。然而，通过使用程函方法，我们明确表明，这是不是这样的情况下，ALP团块不产生任何空间双折射。这是由于光子的频率和波矢量的非平凡变化而发生的，其吸收ALP场的时间导数和梯度。我们认为，这些变化代表了一种新的方式来探测ALP光子耦合与精确的频率测量。
2019-10-14 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Can axion clumps be formed in a pre-inflationary scenario?
QCD轴子和类轴子粒子（ALP）是暗物质的有力候选者。对于QCD轴子，当Peccei-Quinn（PQ）对称性在暴胀后自发破缺时，大的初始涨落会导致轴子团簇的形成。另一方面，当对称性在暴胀过程中已经被破坏时，人们认为，由于初始轴子波动的振幅很小，轴子团的形成不会发生。我们重新审视这种普遍的理解，考虑QCD轴子和ALP。我们发现，对于QCD轴子，即使我们考虑一个非常微调的初始条件，也不会发生团块的形成。同时，它证明了一个ALP，它允许一个更一般的潜在形式，块的形成可以通过快子不稳定性或/和共振不稳定性，考虑多个余弦势。
2020-04-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Active Galactic Nuclei Shed Light on Axion-like-Particles
我们证明了天体光度关系中的散射可以用来寻找类轴子粒子（ALP）。这种分析适用于活动星系核的观测，在那里我们发现的证据强烈暗示存在一个非常轻的ALP。
2009-02-13 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Axion-like Dark Matter Constraints from CMB Birefringence
类轴子粒子是由Peccei-Quinn机制激发的暗物质候选者，并且也出现在有效场论中，其中它们的质量和光子耦合是独立的。我们用标准的$g_{aγ}\,a\,F_{μν}\tilde F^{μν}/4$耦合光子来估计在振荡的类轴子粒子（ALP）背景中圆偏振光的色散。这导致ALP暗物质的双折射或线偏振的旋转。宇宙微波背景（CMB）双折射极限$Δα\lesssim (1.0)^\circ$使我们能够约束轴子-光子耦合$g_{aγ} \lesssim 10^{-17}-10^{-12}\,{\rm GeV}^{-1}$，对于超轻ALP质量$m_a \sim 10^{-27} - 10^{-24}$ eV。这比以前的轴子-光子耦合极限提高了四个数量级。未来CMB的观察可能会将限制再收紧一到两个订单。
2019-08-11 astro-ph.CO hep-ph
Probing a diffuse flux of axion-like particles from galactic supernovae with neutrino water Cherenkov detectors
在这篇文章中，我们声称，类轴子粒子（ALP）与MeV的质量可以产生半相对论性的速度在核心坍缩超新星（SNe），产生一个弥漫的银河通量。我们表明，这些ALP可以检测到中微子水切伦科夫探测器通过$a \, p \rightarrow p \, γ$相互作用。使用超级神冈的数据，我们推导出新的约束ALP参数空间，不包括一个区域跨越一个数量级以上的ALP-质子耦合的冷却范围内的ALP质量的范围内的$1-70$ ~MeV和ALP-质子之间的耦合$\sim 2\times10^{-5}-2\times10^{-4}$。我们表明，未来的超神冈将能够探测耦合小到$\sim 10^{-5}$，大大限制了SN 1987 A冷却边界以上的允许区域。
2025-07-14 astro-ph.CO hep-ph
Lepton flavour violation from an anomaly-free leptophilic axion-like particle
受最近Xenon1T实验结果的启发，我们研究了一种与轻子味相关的无反常的类轴子粒子（ALP）及其对带电轻子味破坏（CLFV）的影响。我们提出了两个代表性的模型。第一种认为ALP起源于产生带电轻子质量的黄子。第二个模型假设一个更大的味道对称性，使更一般的混合在带电轻子是可能的，同时保持味道依赖的ALP耦合。我们发现，keV ALP解释氙1T的结果仍然是可行的轻子味违反和恒星冷却天体物理极限。另一方面，如果Xenon1T的结果得到证实，未来的CLFV测量可以作为补充，以探测这种可能性。
2020-08-17 astro-ph.CO hep-ph
Detecting the Coupling of Axion Dark Matter to Neutron Spins at Spallation Sources via Rabi Oscillation
提出利用磁场中中子自旋的 Rabi 振荡和双 Stern-Gerlach 装置探测轴子暗物质与中子自旋耦合，以提升 $10^{-12}-10^{-10}$ eV 质量窗口的实验灵敏度。
2025-01-09 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
Detecting Axion-Like Particles With Coiled Optical Fibers I: Silica Fibers
Arnold Sommerfeld Center, Ludwig-Maximilians-Universität（阿诺德·索末菲中心，慕尼黑大学）；Max-Planck-Institut für Physik（马克斯·普朗克物理研究所）
本研究提出利用外部磁场中的盘绕光纤探测类轴子粒子，构建了对应光子-ALP转换的理论框架，固体二氧化硅光纤的主导信号为光子相移，空芯光纤可显著增强ALP信号，有望在大ALP质量区域设定新约束。
2026-08-31 astro-ph.CO hep-ph quant-ph
Axion-like particle dark matter in the linear regime of structure formation
如果类轴子粒子（axion-like particles，ALP）是暗物质（dark matter，DM）的主要组成部分，由于其玻色子性质和相对较小的质量，它们在宇宙结构的形成上可能表现出与点状暗物质粒子不同的行为。在研究构造形成时，通常将DM视为具有给定密度和给定速度的特殊流体。ALP流体与点状无碰撞DM流体服从相同的连续性方程，但具有不同的一阶速度方程。在结构形成的线性区域中，所得到的观测差异对于QCD轴子是可以忽略的，但对于非常轻的ALP可能是有趣的。
2017-01-17 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Probing Virtual Axion-Like Particles by Precision Phase Measurements
提出了一个基于非均匀磁场中轴子-光子相互作用的类轴子粒子探测实验。研究了虚偏振态对腔内光子偏振态的影响，提出了一种探测方案。我们发现，腔的正常模式是不同的分散，由于他们的耦合到ALP在存在的背景磁场。这种双折射又可以作为腔偏振模式之间的相位差来观察。对于压缩光源，信号被显著增强。我们认为，放大的信号允许排除一系列的轴子质量$6\times10^{-4}\text{eV}\lesssim m_{a}\lesssim 6\times10^{-3}\text{eV}$，即使在非常小的轴子光子耦合常数的潜力，达到灵敏度的QCD轴子。我们的计划允许排除一系列的轴子质量，尚未被其他实验技术所覆盖。
2022-06-19 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
