Photon-Axion conversions in transversely inhomogeneous magnetic fields
Javier Redondo
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。
We compute the photon-axion conversion probability in an external magnetic field with a strong transverse gradient in the eikonal approximation for plane waves. We find it typically smaller than a comparable uniform case. Some insights into the phenomenon of photon-axion splitting are given.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
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Interaction of inhomogeneous axions with magnetic fields in the early universe
我们研究了在量子色动力学相变之后，当轴子获得质量时，早期宇宙中相互作用的轴子和磁场的系统。轴子和磁场都被认为是空间不均匀的。我们推导出这些场的空间谱的方程，它依赖于共形时间。在有磁场的情况下，我们处理了能量密度和磁螺旋度密度的谱。在平均场近似下，得到了封闭形式的演化方程。我们选取了与实际的原初磁场和轴子相对应的系统参数和初始条件。该系统的光谱方程数值求解。我们比较了非均匀和均匀轴子的情况。在这些情况下，磁场的演化仅在小的时间间隔内不同。通常，磁场主要由磁扩散驱动。我们发现均匀轴子的初始波函数放大后会产生磁场不稳定性。如果我们考虑到轴子的不均匀性，这种不稳定性就被抑制了。
SQUID-based Resonant Detection of Axion Dark Matter
提出了一种寻找暗物质轴子的新方法。结果表明，在强非均匀磁场中，双接触SQUID可以探测到由轴子引起的振荡磁微扰。谐振信号是SQUID电流-电压特性中的阶跃响应，其电压对应于轴子质量，其高度取决于地球附近的轴子能量密度。所提出的实验技术似乎是敏感的轴子质量$m_a\lesssim 10^{-4}$ eV，这是很好的动机，目前的研究在宇宙学和粒子物理。
Simulating Axion Electrodynamics in Magnetized Plasmas: Energy transfer in the inhomogeneous and strongly varying limit
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。
Magnetic fields in inhomogeneous axion stars
本文推导了非均匀轴子场中的新磁场感应方程，研究了CS波混合及镜像对称紧致区域问题，发现非均匀赝标量场对磁场演化的影响强烈依赖于系统几何。
Pair production of light pseudoscalar particles in strong inhomogeneous fields by the Schwinger mechanism
本文计算了在强非均匀静电场和静电场作用下轻赝标量的偶产生率。我们表明，在轴子的情况下，在宇宙寿命的原子的稳定性受到危害，除非Peccei-Quinn对称性破缺尺度$f_a$大于${\cal O} (10^{10} GeV)$。
Anomalous Casimir effect in axion electrodynamics
研究了轴子电动力学中的Casimir效应。如果$θ$是时间和/或空间相关的，则有限的$θ$项影响光子的能量色散关系。我们专注于一个特殊的情况下，线性非均匀$θ$沿$z$轴。然后，我们证明了Casimir力垂直于$z$轴的两个平行板之间可以是吸引力或排斥力，依赖于$θ$的梯度。我们把这种由非均匀$θ$引起的Casimir力中的排斥分量称为反常Casimir效应。
Low mode approximation in the axion magnetohydrodynamics
本文基于考虑空间不均匀轴子贡献的新感应方程，利用薄层近似推导出非线性常微分方程组，研究了磁化球形轴子结构在太阳等离子体中的演化，发现磁场行为依赖于初始配置并存在不稳定性迹象。
Axions and Primordial Magnetogenesis: the Role of Initial Axion Inhomogeneities
本文利用格点模拟研究轴子–规范场耦合及初始非均匀性对类轴子遗迹密度和原初磁生成的影响，发现非均匀场可在约0.1 kpc尺度产生宇宙学相关的弱磁种子。
Comparative study of the strong backreaction regime in axion inflation: the effect of the potential
本研究系统探究轴子暴胀中强背反应机制下势能的影响，发现新特征具有普遍性，主要差异在于暴胀延长，且均匀背反应方法不适用于该机制。
Testing PVLAS axions with resonant photon splitting
研究了非均匀磁化背景下中性粒子和超轻自旋0粒子与双光子耦合时的光子分裂γ → γ γ。取决于外场的不均匀性尺度，可以发生共振光子分裂。如果光学激光穿过具有米量级的典型不均匀性尺度的几特斯拉的磁场，则对于PVLAS范围的耦合和质量，预期可能可观察到光子分裂率。
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。
Axion-like-particle search with high-intensity lasers
我们研究ALP-光子转换在强非均匀电磁场所提供的当代高强度激光系统。我们观察到，探测光子穿过一个高强度激光的高斯光束的叠加在基频和倍频模式的焦斑可以经历一个频率偏移，由于他们的间歇性传播的类轴子粒子。这一过程是强烈的共振质量上所涉及的激光频率的顺序达到峰值。在光学装置中的基于P2P激光的实验对$\mathrm{eV}$质量范围内的ALP敏感，因此可以补充偶极磁体处的ALP搜索。
Non-Linear Axion Dynamics and Formation of Cosmological Pseudo-Solitons
数值研究了QCD历元周围非均匀轴子场位形的$(3+1)$维演化，包括由于吸引自相互作用而产生的重要非线性效应。研究发现，在$T \sim 1 \, {\rm GeV}$上对应于因果不连通区域的尺度上的轴子扰动可以导致非常密集的伪孤子配置，我们称之为轴子。这些组态演化为具有目前密度$ρ_a \ga 10^{-8}\,{\rm g \, cm^{-3}}$的轴子微团。这是足够高的碰撞$2a \rightarrow 2a$过程导致玻色-爱因斯坦弛豫引力束缚的轴子块，形成玻色星。
Black hole superradiance and polarization-dependent bending of light
非均匀赝标量场组态的行为类似于光学活性介质。因此，如果光线穿过克尔黑洞周围的轴子云，它可能会经历偏振相关的弯曲。我们探讨了这种效应的大小和相关性，同时考虑QCD轴子和一般的类轴子粒子。
Imprints of Axion Superradiance in the CMB
轻轴子（$m_a \lesssim 10^{-10}$ eV）可以通过一种称为旋转超辐射的机制在快速旋转的天体物理学黑洞周围形成稠密的云。轴子和光子之间的耦合引起了一个参数共振，由轴子云的受激衰变引起，它可以迅速将大轴子数密度的区域转换为低能光子的巨大通量。在这项工作中，我们考虑的现象学意义的超辐射轴子云进行共振衰变。我们表明，从这样的事件产生的低能量光子将被吸收在宇宙学短距离，可能会引起大规模的冲击波，加热和加热的IGM超过Mpc尺度。这些冲击波可能以各向异性光谱畸变或光学深度中的不均匀特征的形式留下可观察到的印记。
Trapped and Unstable: Axion-like particle fragmentation at finite temperature
本研究探究有限温度下轴子捕获错位模型的共振行为，发现场释放时不均匀性指数放大导致轴子碎裂，产生特征独特的新型引力波源，其信号可增强两个数量级，但对应正确暗物质丰度的参数空间有限。
Photon Production From The Scattering of Axions Out of a Solenoidal Magnetic Field
本文计算了强非均匀磁场作用下轴子散射光子的总截面，其形式为二维δ函数、圆柱阶跃函数和二维高斯分布，并可近似地用螺线管电流产生。理论结果被用来估计轴子-光子转换的概率，这可能是预期在一个合理的实验情况。计算出的转换概率为QCD激发的轴子是一个2.67倍（柱阶跃函数的情况下）比那些来自应用著名的（逆）相干Primakoff效应的一维计算。我们还考虑散射在共振$E_{axion} \sim m_{axion}$，这对应于从一个δ函数的散射，并给出了最增强的结果。最后，我们分析了这项工作的结果，在天体物理学的扩展，建议一种方式，他们可能会被引导到一些基本的太阳物理问题的解决方案，特别是日冕加热问题。
Axion-Photon Mixing in 3D: Classical Equations and Geometric Optics
本研究从轴子电动力学经典波动方程出发，推导沿光子世界线的等效输运方程，验证了非均匀介质中轴子-光子共振转化概率表达式，并给出可涵盖非共振混合、适配折射介质弯曲轨迹的更普适结果。
Axion-photon conversion down to the nonrelativistic regime
本研究突破轴子-光子转化研究的相对论近似限制，给出任意轴子能量下的精确解析解及微扰展开方法，并推导了适用于中子星磁层暗物质轴子转化的共振简化公式。
Axion-Polaritons in the Magnetic Dual Chiral Density Wave Phase of Dense QCD
本文研究致密夸克物质MDCDW相中光子与涨落场的耦合，提出由手征反常产生无隙和有隙两种轴子极化激元，并探讨其借Primakoff效应解释银心脉冲星缺失悖论。
Strong primordial inhomogeneities of axion-like field in Einstein-Gauss-Bonnet gravity
本文考虑具有墨西哥帽势的复标量场与高斯-博内标量耦合，在暴胀阶段恢复U(1)对称性，导致暴胀期间发生相变，避免大尺度轴子等曲率扰动，在小尺度上产生强原初不均匀性，并产生超轻类轴子粒子作为模糊暗物质或不均匀暗能量候选者，同时研究黑洞形成和引力波背景的可能性。
Rotation of the polarization plane in axion fields: application to neutron star polar cap regions
研究轴子场中偏振面旋转机制，探讨中子星极帽区域的极化特性及强磁场下的检测需求。
Magnetic Dual Chiral Density Wave: A Candidate Quark Matter Phase for the Interior of Neutron Stars
本文讨论了稠密夸克物质的磁双手征密度波（MDCDW）相的物理特性，并讨论了它为什么是中子星内部物质相的一个有希望的候选者。在存在磁场的情况下会发生MDCDW凝聚。它是一种单一调制的手征密度波，其特征在于两个动态产生的参数：费米子准粒子质量$m$和凝聚空间调制$q$。在MDCDW系统中的最低朗道能级准粒子模式是关于零能量不对称的，这一事实导致了该相所表现出的拓扑性质和异常电输运。拓扑结构使得MDCDW相位对热声子波动具有鲁棒性，因此，它不会显示Landau-Peierls不稳定性，这是三维单调制非均匀手性凝聚体的一个主要特征。拓扑结构也反映在存在的电磁手征异常的有效行动和形成的杂交传播模式称为轴子极化激元。考虑到这种夸克相位的轴子极化激元之一是有间隙的，我们认为如何入射$γ$射线光子可以转换成有间隙的轴子极化激元在内部的磁星在MDCDW阶段导致恒星崩溃，这种现象可以用来解释所谓的失踪脉冲星的问题在银河系中心。
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。
Novel Topological Effects in Dense QCD in a Magnetic Field
我们研究了在所谓的磁双手征密度波相位下稠密QCD的电磁性质。这种不均匀的相位表现出一个非平凡的拓扑结构，来自费米子部门由于最低朗道能级模式的不对称性。非平凡拓扑通过手征异常项$~θF^{μν}\tilde{F}_{μν}$表现在电磁有效作用量中，其中动态轴子场$θ$由对偶手征密度波凝聚的相位给出。轴子与电磁场的耦合导致了几种宏观效应，其中包括异常的非耗散霍尔电流、异常的电荷、磁电以及称为轴子极化子的杂化传播模式的形成。与拓扑绝缘体和韦尔斯半金属的联系，以及对重离子碰撞和中子星的可能影响都得到了强调。
Lattice implementation of Abelian gauge theories with Chern-Simons number and an axion field
经典规范场的实时演化与粒子物理和宇宙学中的许多应用有关，从早期宇宙到夸克-胶子等离子体动力学。我们给出了一个$shift$对称场与某些$U(1)$规范扇区之间相互作用的格点公式，$a(x)\tilde{F}_{μν}F^{μν}$，再现了连续极限到$\mathcal{O}(dx_μ^2)$阶，并服从下列性质：（i）系统是规范不变量;（ii）格点上的位移对称性是精确的.为此，我们构造了一个定义的{ \it拓扑数密度} $Q = \tilde{F}_{μν}F^{μν}$，承认一个格全导数表示$Q = Δ_μ^+ K^μ$，再现顺序$\mathcal{O}(dx_μ^2)$的连续表达$Q = \partial_μK^μ\propto \vec E \cdot \vec B$。如果我们考虑一个均匀场$a(x) = a(t)$，系统可以映射到一个阿贝尔规范理论，其哈密顿量包含一个Chern-Simons项。这使我们能够在一个附带的文件中研究费米子数不守恒（或手征破缺）在阿贝尔规范理论在有限温度下的实时动力学。当$a(x) = a(\vec x,t)$是不均匀的，该套晶格方程的运动不承认，但一个简单的显式局部解决方案（同时保持$\mathcal{O}(dx_μ^2)$的准确性）。我们讨论一个迭代的计划，允许克服这个困难。
Photon-Dark Photon Conversions in Background Electromagnetic Fields
光子与光赝标量在外加电磁场作用下的混合已被广泛用于寻找类轴子粒子。由于Landau-Yang定理，通常不考虑暗光子传播态的类似效应。我们指出，光子和暗光子之间的混合在背景电磁场的传播状态确实可以发生，在非线性QED，通过一个四光子顶点的电子盒图积分。从施温格拉格朗日量出发，通过规范动力学项，导出了暗光子与标准模型光子相互作用的运动方程。我们提供了表达式的垂直和平行的折射率在一系列的扩展在临界场强，有效的强和弱背景场的限制。然后我们考虑了纯电磁背景场存在下光子-暗光子传输系统的混合，并计算了背景场均匀时的转换几率。我们指出轮廓的计算在非均匀的情况下，最后表达我们的结果在积极的无菌的基础上，我们发现，由背景场引起的混合可以导致修正的树级混合在零场的限制，通常被认为是探测这样的系统。我们的研究结果可能会发现应用探测光子暗光子转换附近的中子星和桌面拍瓦激光实验。
Anomalous Transport Properties of Dense QCD in a Magnetic Field
尽管最近在研究和理解强相互作用物质的相图方面取得了进展，但在实验室中仍然难以达到重子密度高和温度低的区域。随着德国FAIR和俄罗斯NICA计划中的HIC实验的进行，情况有望发生变化，这将为QCD相位图的高密度-低温部分打开一扇窗户，提供一个独特的机会来测试模型计算的有效性，这些模型计算预测了在中高密度下形成手征对称性破缺的空间不均匀相。这样的密度区域也与中子星的物理学特别相关，因为它们的核心可以有几倍于核饱和密度。另一方面，强磁场，其存在是相当普遍的HIC和中子星，可以影响这些奇异相的属性，并导致签名可能在这两个设置中观察到。在本文中，我研究了在QCD启发的NJL模型的最低朗道能级（LLL）的光谱不对称性所产生的异常输运性质与背景磁场，表现出手征对称性破缺在高密度通过形成一个双手征密度波（DCDW）凝聚。结果表明，在该模型中，电磁相互作用由轴子电动力学方程描述，存在无耗散的霍尔电流。
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