From inflation to dark energy through a dynamical Lambda: an attempt at alleviating fundamental cosmic puzzles
经过几十年成功的热大爆炸范式，宇宙学仍然缺乏一个框架，在这个框架中，宇宙的早期暴胀阶段顺利地匹配辐射时代，并演化到现在的“准”德西特时空。同样有趣的是，有效真空能量密度的当前值远远小于引发暴胀的值。在这篇论文中，我们提出了一类新的宇宙学，它能够克服或大大缓解这些尖锐的宇宙难题。由衰减的真空能量密度提供动力，时空从纯非奇异的德西特真空阶段出现，“优雅地”从暴胀退出到辐射阶段，随后是暗物质和真空状态，最后演化到后期的德西特阶段。
2013-08-16 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Generalized Second Law Limits on the Variation of Fundamental Constants
广义热力学第二定律适用于在宇宙微波背景中辐射和吸积的黑洞，它所允许的电子电荷的理论最大时间变化与Webb等人声称的精细结构常数的宇宙学变化相匹配。这样的黑洞不能对变化的精细结构常数作出动态响应。
2010-03-26 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Assessing the viability of successful reconstruction of the dynamics of dark energy using varying fundamental couplings
我们评估的可行性，成功重建的演变的暗能量状态方程使用不同的基本耦合，如精细结构常数或质子-电子质量比。我们表明，相同的演化暗能量状态方程参数与宇宙时间可能与任意变化的基本耦合。在信中研究了具有相同（不同）背景演化和不同（相同）基本耦合随时间变化的模型的各种示例。虽然我们证明，对于一个广泛的家庭的模型，它是可能的重新定义的标量场，以这样一种方式，其动态是一个标准的精髓标量场，在一般情况下，这种重新定义导致崩溃的标量场和基本耦合的变化之间的线性关系。这意味着线性耦合的假设不足以保证暗能量动力学的成功重建，因此需要做出关于负责暗能量的标量场的附加模型相关假设。
2012-10-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Dark energy constraints from ESPRESSO tests of the stability of fundamental couplings
ESTERO是VLT的高分辨率超稳定光谱仪，将于2017年开始调试。其主要科学目标之一是以前所未有的准确性和对可能系统学的控制来测试自然界基本耦合的稳定性。ESTO联盟的保证时间观测（GTO）总共将花费27个夜晚来测试精细结构常数和其他基本耦合的稳定性。已为GTO期间选定了一组14个优先最佳目标。在这里，我们简要地讨论了这种选择的标准，并描述了选定的目标，然后提出了详细的预测，这些测量对基础物理学和宇宙学的影响，侧重于暗能量的限制，并使用未来的Ia型超新星调查作为比较点。我们展示了如何规范重建的暗能量状态方程的改进，通过这些光谱测量的扩展红移范围，也量化了额外的改进预见未来的ELT-HIRES仪器。
2016-12-15 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Dark energy equation of state parameter and its variation at low redshifts
在本文中，我们约束暗能量模型使用的观测纲要在低红移。我们把暗能量看作是正压流体，状态方程为常数，以及暗能量状态方程为时间函数的情况。这里考虑的意见是超新星Ia型数据，重子声学振荡数据和哈勃参数测量。我们比较了从这些数据中获得的约束条件，并进行了综合分析。观测约束的结合对暗能量能量密度随红移的变化有很强的限制。对于不同的暗能量模型，Ia型超新星数据所偏好的参数范围与其他低红移距离测量值存在张力。
2017-03-24 astro-ph.CO
Avoiding unrealistic priors: the case of dark energy constraints from the time variation of the fine-structure constant
我们批判性地评估最近的索赔表明，精细结构常数的时间变化的上限严格限制耦合的暗能量标量场的电磁部门，并间接地，违反弱等效原理。我们表明，这种约束依赖于假设的先验，即使暗能量是由一个动态标量场与一个常数状态方程参数$w$线性耦合到电磁扇区通过无量纲耦合$ζ$。我们发现，虽然当地的原子钟测试，以及其他的地球，天体物理和宇宙学数据，把严格的界限$|ζ| {\sqrt {|w+1|}}$，精细结构常数的时间变化不能被用来设置或提高上限$|ζ|$或$|w+1|$没有指定的先验，一致的，但不赞成当前的数据，这强烈不赞成低值的$|w+1|$或$|ζ|$，分别。我们简要地讨论了这可能会如何改变与新一代的高分辨率超稳定光谱仪，如ESTERO和ELT-HIRES，结合即将到来的任务，以映射宇宙的几何形状，如欧几里得，或测试等效原理，如显微镜或步骤。
2016-02-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Variation of the baryon-to-photon ratio due to decay of dark matter particles
研究了不同宇宙学时期暗物质粒子衰变对重子光子比的影响。我们考虑了暗物质粒子的不同参数值，如质量，寿命，暗物质粒子的相对分数。结果表明，对于质量为10 GeV $÷$ 1 TeV的粒子，暗物质密度$Ω_{\rm CDM}=0.26$的现代值足以导致重子光子比的变化达到$Δη/ η\sim 0.01 ÷1$.然而，这种过程也可能伴随着过量伽马射线通量的出现。利用弥散γ射线背景的观测数据对暗物质衰变模型和重子光子比$Δη/η\lesssim10^{-5}$的最大可能变化进行了约束。在未来的宇宙学实验中探测到这种重子密度的变化，可以作为研究暗物质粒子性质的有力手段。
2015-07-02 astro-ph.CO
Searching for dark matter and variation of fundamental constants with laser and maser interferometry
自然界基本常数的任何微小变化，都可能是由暗物质或某些尚未发现的宇宙场引起的，都会改变干涉仪内光束的相位，而干涉仪可以非常精确地测量光束的相位。激光和脉泽干涉测量可用于寻找基本常数的线性时间漂移，通过瞬态时间效应探测拓扑缺陷暗物质，以及通过振荡效应寻找由标量暗物质场组成的残余相干振荡凝聚体。我们提出的实验需要对现有设备进行微小的修改或不进行修改，并提供广泛的物理参数的重要和不受约束的空间。
2015-03-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Manifestations of dark matter and variations of fundamental constants in atoms and astrophysical phenomena
我们提出了一个概述的光玻色暗物质，包括轴子，赝标类轴子和标量暗物质，形成一个相干振荡的经典场或拓扑缺陷（孤子）的检测的最新进展。我们强调新的高精度的实验室和天体物理测量，其中所寻求的影响是线性的基础之间的相互作用强度的暗物质和普通物质，在传统的探测方案相比，暗物质，其中的影响是二次或更高阶的基础相互作用参数，是非常小的。新的地面实验包括用原子钟、光谱学、原子和固态磁力测量、扭摆、超冷中子和激光干涉测量进行测量。新的天体物理观测包括脉冲星定时、宇宙辐射透镜、大爆炸核合成和宇宙微波背景测量。我们还讨论了各种最近提出的机制，诱导缓慢的漂移，振荡变化和瞬态的时间变化的基本常数的性质由暗物质，这提供了一个更自然的方式产生宇宙学的演变的基本常数相比，传统的暗能量型理论，它调用（近）无质量的基础领域。因此，测量基本常数的变化为我们寻找暗物质提供了一种新的工具。
2015-09-03 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Beta Function Quintessence Cosmological Parameters and Fundamental Constants II: Exponential and Logarithmic Dark Energy Potentials
本文利用β函数形式将经典宇宙学参数的分析推广到对数和指数暗能量势。上一篇论文（Thompson 2018）使用幂和逆幂势证明了形式主义。哈勃参数对于所有的精粹情况和LambdaCDM的基本上相同的演变归因于在暗能量占主导地位的时代中精粹暗能量势的平坦性。因此哈勃参数无法区分静态和动态的暗能量。不像其他三个潜在的两篇论文中考虑的对数暗能量潜力需要一个数值积分的公式中的超势，而不是一个解析函数。暗能量状态方程和基本常数仍然是静态和动态暗能量之间的良好鉴别器。本文对四种势相对于沼泽地形态的本质作了新的分析，指出关于标量场变化的猜想是成立的，而关于势变化的猜想是不成立的。
2018-11-07 astro-ph.CO
Reconstructing the evolution of dark energy with variations of fundamental parameters
在假设自然参数的变化和宇宙当前的加速度是相关的，并由一个单一的标量场的演化所支配的情况下，我们展示了如何从观测探测（或约束）精细结构常数和质子-电子质量比的宇宙学变化中获得关于暗能量性质的信息。我们还评论了目前的观测状况，并与未来的光谱仪，如ESTERO和CODEX的改进前景。
2009-10-26 astro-ph.CO
Variation of fundamental parameters and dark energy. A principal component approach
我们讨论了基于主成分分析的方法来约束暗能量状态方程使用组合的Ia型超新星在低红移和光谱测量的不同的基本耦合在较高的红移。我们讨论了这种方法的性能时，未来更好的质量数据集可用，重点是两个即将推出的ESO光谱仪-ESTO的VLT和CODEX的E-ELT -其中包括这些测量作为其科学案例的关键部分。这些可以实现详细描述暗能量特性的前景，几乎一直到红移4。
2012-08-30 astro-ph.CO
Testing bound dark energy with cosmological parameter and fundamental constant evolution
一种新的束缚态暗能量（BDE）宇宙学被提出，其中暗能量是大爆炸后几十年凝聚的轻介子场之间的束缚能。据报道，正确的暗能量密度出现使用粒子物理学没有微调。仅这一点就使得BDE宇宙学值得进一步研究。这项工作着眼于宇宙学参数的演化和基本常数的值，以确定宇宙学的预测是否与观测相一致的晚时间BDE预测。这项工作考虑的时间段之间的比例因子为0.1和1.0。一个模型BDE宇宙学被认为是与当前的宇宙学参数值在观测范围内。计算使用了三个不同的值，即接近负一的当前暗能量状态方程。所有这三种情况下产生的宇宙学参数和基本常数的演化与观测约束一致。BDE和宇宙学参数之间的解析关系的开发，以确保一组一致的参数。
2019-10-10 astro-ph.CO
Searching for Scalar Dark Matter in Atoms and Astrophysical Phenomena: Variation of Fundamental Constants
我们建议通过标量暗物质对电磁精细结构常数和粒子质量的影响来寻找标量暗物质。形成振荡经典场的标量暗物质产生“缓慢”的线性时间漂移和基本常数的振荡变化，而形成拓扑缺陷的标量暗物质产生自然常数的瞬态时间变化。这些变化可以用原子钟、激光干涉仪和脉冲星定时测量来寻找。原子光谱学和大爆炸核合成测量已经给出了标量暗物质与光子、电子和轻夸克的二次相互作用参数的改进边界，最高可达15个数量级，而大爆炸核合成测量首次提供了标量暗物质与大质量矢量玻色子的相互作用参数的约束。
2015-11-12 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Fundamental Constants in Physics and Their Time Variation
毫无疑问，物理学中的基本常数及其时变是现代理论和实验物理学中最热门的课题之一，在物理学研究的所有基础领域，如粒子物理学，引力，天体物理学和宇宙学都有潜在的影响。在这份特刊中，详细介绍了该领域的最新技术。
2015-07-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraining the photon coupling of ultra-light dark-matter axion-like particles by polarization variations of parsec-scale jets in active galaxies
超轻暗物质可能由质量低于10^（-19）eV的类轴子粒子组成。这些粒子的双光子相互作用影响了通过暗物质传播的辐射的偏振。粒子的玻色凝聚体的相干振荡引起通过凝聚体的发射的偏振平面的周期性变化。我们估计这种影响，并分析MOJAVE VLBA偏振观测明亮的下游功能在秒差距尺度的活动星系的喷流。通过不观测周期性极化变化，我们能够将超轻暗物质类轴子粒子的光子耦合限制在<~ 10^（-12）/GeV的水平，质量在~5*10^（-23）eV和~1.2*10^（-21）eV之间。
2018-11-27 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Variation of the quadrupole hyperfine structure and nuclear radius due to an interaction with scalar and axion dark matter
本文研究标量和轴子暗物质引起的核半径与电四极矩变化，发现电四极超精细结构敏感度比磁结构高1-2个数量级，并提出利用Yb$^+$光钟跃迁限制夸克质量、QCD参数及暗物质相互作用的变化。
2023-09-14 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Impact of the matter density uncertainty on the dark energy reconstruction
本文研究了分数物质密度不确定性对重建暗能量状态方程的影响。我们认为这两个标准的重建方法，基于动力学效应，暗能量对宇宙的膨胀，以及非标准的方法，其中的暗能量状态方程的红移的演变推断通过基本耦合的变化，如精细结构常数，$α$，或质子与电子的质量比，$μ$。我们表明，在暗能量重建使用不同的耦合的物质密度的不确定性的负面影响可能是非常小的标准重建方法相比。我们还简要讨论了在成功使用不同的耦合来探测暗能量的本质之前需要回答的其他基本问题。
2009-06-24 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Can dark matter induce cosmological evolution of the fundamental constants of Nature?
我们证明，大规模的领域，如暗物质，可以直接产生一个宇宙学的演化的基本常数的性质。我们表明，标量或赝标量（类轴子）暗物质场$ϕ$，形成一个相干振荡的经典场，并通过二次耦合在$ϕ$与标准模型粒子相互作用，产生“慢”宇宙学演化和振荡变化的基本常数。我们从大爆炸核合成过程中产生的原始$^4$ He丰度的测量和最近的原子镝光谱测量中得出$ϕ$与光子、电子和光夸克的二次相互作用的极限。这些限制比现有限制提高了15个数量级。我们还推导出限制以前不受约束的线性和二次相互作用的$ϕ$与大量的矢量玻色子从原始的$^4$他丰度的测量。
2015-11-04 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Constraining Variations in the Fine Structure Constant in the presence of Early Dark Energy
我们讨论了当前和未来的宇宙学约束的精细结构常数$α$的变化引起的早期暗能量组件具有最简单的允许（线性）耦合到电磁。我们发现，目前的宇宙学数据显示，相对于目前的值，在复合时的精细结构常数没有变化，在95% c.l.时，$α$ / $α_0$ = 0.975 \pm 0.020，将早期暗能量中的能量密度限制为在95% c.l.时$Ω_e$ < 0.060。此外，我们考虑的约束参数量化的耦合强度的标量场。我们发现，目前的宇宙学约束的耦合是约20倍弱于当地可获得的（来自等效原理测试）。然而，即将到来或未来的任务，如普朗克勘测者和CMBPol，可以匹配，甚至可能超过目前的本地测试的灵敏度。
2011-04-05 astro-ph.CO
Unknowns and unknown unknowns: from dark sky to dark matter and dark energy
解决众所周知的基本问题通常被认为是科学的主要目标。然而，发现其他未知的基本问题更为重要。认识到“我们什么都不知道”是下一代的基本科学驱动力。宇宙学确实享有这样一个激动人心的时代。我们宇宙的组成是什么？这是哲学家、天文学家和物理学家几个世纪以来一直试图回答的著名基本问题之一。大约在上个世纪末，宇宙学家终于认识到“我们什么都不知道”。除了占宇宙不到5%的原子外，我们的宇宙显然是由未知成分主导的; 23%是已知的未知物质（暗物质），72%是未知的未知物质（暗能量）。在回答一个已知的基本问题的过程中，我们发现了一个未知的，甚至更基本的问题：“什么是暗物质？什么是暗能量？“对于暗物质有多种现实的粒子物理模型，它的实验探测可能是触手可及的。另一方面，公平地说，没有一个被广泛接受的理论框架来描述暗能量的性质。这就是为什么天文观测将在揭示其性质方面发挥关键作用。我将回顾我们目前对“黑暗天空”的理解，然后介绍正在进行的日本项目SuMIRe，以发现更多意想不到的问题。
2010-07-07 astro-ph.CO astro-ph.IM
Fundamental plane: dark matter and dissipation contributions
恒星和银河系是处于动力学平衡的物体，它们由普通重子物质组成，假设它们嵌在扩展的主导暗物质晕中。我们的目的是调查这些对象的标度关系和耗散功能在很宽的范围内，他们的属性，考虑到动力学的影响，暗物质组件。我们研究这些自引力系统的物理性质，使用两个组件维里定理结合数据，包括广泛的天体物理系统。我们发现，这些对象的属性所定义的缩放关系承认一个暗-亮密度比参数作为一个自然的要求，在这个框架中。我们还探讨耗散效应的基本面定义的两个组件维里定理，并讨论它们之间的关系，相对于该区域的数据分布中没有对象。我们的结果表明，耗散和暗物质的补充贡献的天体物理系统的标度关系的起源。
2010-07-08 astro-ph.CO
$σ$CDM coupled to radiation. Dark energy and Universe acceleration
近年来，手征宇宙模型（CCM）与冷暗物质（CDM）耦合后，作为$σ$ CDM模型被用来研究观测到的宇宙加速膨胀。在Friedmann-Robertson-Walker（FRW）宇宙学中，耦合到宇宙尘埃的暗扇形场（作为暗能量含量）被认为是爱因斯坦引力的来源。这种模型在物质支配时代就有了开端。我们目前的研究有两个目的：将早期的<life>$σ$ CDM推广到辐射主导的时代，并考虑通过相互作用参数$λ$的变化而引起的指数势的变化。我们使用马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）方法来研究由暗物质、暗能量和辐射分量的测量值所约束的初始条件的可能值。我们的分析包括暗能量对临界密度的贡献、动能与势能之比、减速参数、有效状态方程以及DE状态方程随耦合常数$λ$的演化。与$Λ$ CDM模型进行了比较。该模型的一个新的特点是存在一些潜在的耦合常数值，导致$σ$ CDM解决方案没有过渡到加速膨胀时期。
2014-09-02 astro-ph.CO gr-qc
Variation of $α$ from a Dark Matter Force
我们考虑了一个主要耦合到暗物质和不稳定的标准模型态的长程标量力，如μ子，具有微小的强度。探测这种类型的力将对观测提出挑战。我们指出，感生背景标量场对暗物质数密度的依赖性会导致不稳定粒子的质量具有时空变化。这些变化，反过来，通过阈值校正，在精细结构常数$α$的值上留下印记，可以在天文学和宇宙学测量中检测到。我们的机制可以容纳这种偏差，$(α_{_{\rm CMB}}-α_{\rm present})/α_{\rm present} = (-3.6\pm 3.7)\times 10^{-3}$的普朗克数据的轻微偏好。在这种情况下，必要的参数通常意味着违反等效原则可能在未来的实验范围内。
2018-12-12 astro-ph.CO hep-ph
Fundamental fields around compact objects: Massive spin-2 fields, Superradiant instabilities and Stars with dark matter cores
任意自旋的基本玻色子场是由标准模型和广义相对论的一般扩展所预言的，并且是解释宇宙暗成分的良好动机的候选者。寻找它们存在的最有希望的渠道之一是通过它们与紧凑物体的引力相互作用。在这篇论文中，我研究了玻色子场可能影响黑洞和中子星的动力学和结构的几种机制。论文的第一部分致力于研究球对称黑洞时空中的大质量自旋2场。大质量自旋2场可以在大质量引力理论中一致地描述，这使得有可能对这些场在弯曲时空中的传播进行系统的研究。特别是，我表明，由于存在额外的自由度，在这些理论中，黑洞解的结构是丰富的比在广义相对论。在论文的第二部分，我详细讨论了黑洞物理背景下的超辐射不稳定性。我表明，几种机制，如大规模玻色子场和磁场，可以把旋转黑洞不稳定的超辐射模式，这对天体物理学和物理学超越标准模型具有重要意义。在论文的最后一部分，我研究了玻色暗物质凝聚体与致密恒星的引力相互作用。特别是，我表明，由一个完美的流体和玻色子凝聚体形成的稳定的恒星配置存在，并可以描述暗物质吸积到恒星的后期阶段，在暗物质丰富的环境。
2016-07-18 astro-ph.CO astro-ph.SR gr-qc
Electron mass variation from dark sector interactions and compatibility with cosmological observations
本文提出电子与暗物质经源自额外维理论的滚动标量场同暗能量耦合的模型，利用 Planck、BAO、Pantheon 和 SH0ES 数据拟合，发现其可缓解 Hubble 张力，并以超过 2σ 显著性支持非零耦合。
2023-04-28 astro-ph.CO
Recent variations of fundamental parameters and their implications for gravitation
我们比较的灵敏度，最近的约束的精细结构常数的时间变化的光学时钟与时间变化的基本常数从原子钟敏感的电子-质子质量比的界限，从陨石的放射性衰变率，并从欧克陆天然反应堆。弱等效原理的检验也导致了常数随时间变化的可比界限，以及对跟踪引力势的变化的最强限制。对于最近的时间变化，“灵敏度的赢家”取决于粒子物理学的标准模型中不同耦合的变化之间的可能关系。WEP测试是目前最敏感的场景与规范的相互作用的统一。对原子钟时间变化的检测将有利于动态暗能量，并对宇宙学标量场的动力学产生强有力的约束。
2010-05-25 astro-ph.CO gr-qc
MOND with or without dark matter
在我们目前的宇宙学模型中，宇宙的主要成分是暗物质和暗能量，它们的性质是未知的，在粒子物理学的标准模型中没有位置。如何将暗物质和暗能量纳入基本定律？所有的观测都可以在广义相对论的框架内得到解释，要么在宇宙中加入未知的成分，要么从根本上修改理论。最后一种可能性不是更简单吗？这就是Milgrom在1983年提出的MOND假说（修正牛顿动力学），它非常成功地描述了星系的运动学和动力学。然而，通过一种新的物质--偶极暗物质，保持引力定律的广义相对论，也可能取得同样的成功。
2009-10-27 astro-ph.CO gr-qc
On Diurnal and Annual Variations of Directional Detection Rates of Dark Matter
对弱相互作用大质量粒子（WIMP）作为暗物质的方向敏感直接探测将提供暗物质（DM）的明确的非引力特征。由于地球自转引起的DM信号的日变化是银河系WIMP的重要特征。由于地球自转轴相对于WIMP风向的特定方向，在探测器上观测到的WIMP风的视向可以在一天内发生很大的变化。在这项工作中，我们计算了定向探测率与他们的日常和每年的调制在地球上的暗物质实验考虑的几何和动力学的地球太阳系统的详细特征，以及太阳在银河系的运动。本文还考虑了一种不同于通常的暗物质晕标准晕模型的晕模型，即暗盘模型，并对两种模型的结果进行了比较。我们证明了两种类型的气体探测器，即DRIFT（目标材料CS2）和NEWAGE（目标材料CF4），使用时间投影室技术测量反冲核的方向性的结果。计算了特定探测器的WIMP质量和反冲能对事件率日变化的依赖关系，并探讨了所考虑的探测器的质量和反冲能的敏感范围。
2012-04-13 astro-ph.CO hep-ph
Time variation of a fundamental dimensionless constant
我们研究了一个以前未研究的基本无量纲常数的时间变化。使用历史测量值对该时间变化进行约束。一个模型的时间变化，它被证明会导致宇宙的加速膨胀。对今后的研究方向进行了讨论。
2009-03-30 astro-ph.CO
Fundamental Particle Structure in the Cosmological Dark Matter
宇宙中的非重子暗物质被认为是由新的稳定形式的物质组成的。它们的稳定性反映了微观世界的对称性及其对称性破缺的机制。宇宙学暗物质的候选粒子是最轻的粒子，具有新的守恒量子数。暗物质粒子可能代表非相互作用粒子的理想气体。自相互作用的暗物质与普通物质弱耦合或超弱耦合也是可能的，反映了粒子理论隐藏部分的粒子对称性的非平凡模式。在早期宇宙中，粒子对称性破缺的结构引起宇宙学相变，由此可以产生宏观宇宙学缺陷或原始非线性结构。原初黑洞不仅是暗物质的候选者，而且是宇宙早期超高能物理的普遍探测器。蒸发的PBH变成了甚至超弱相互作用粒子的来源，而大质量PBH云可以作为星系形成的非线性种子。这三个已知族的对称性破缺可能在水平统一模型的独特框架下同时解决中微子质量和强CP破坏问题。新的稳定带电轻子和夸克的存在是可能的，它们隐藏在难以捉摸的“暗原子”中。这种可能性受到轻元素异常同位素的限制，在预测稳定双电荷粒子的情况下并不排除。在这些场景中，过量的-2带电粒子与原始氦结合在O-氦“原子”中，保持了暗物质特定的核相互作用形式，这可能为直接寻找暗物质的难题提供一个有趣的解决方案。（节略）
2013-11-11 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Spin Flips: Variation in the Orientation of Dark Matter Halos over their Merger Histories
星系形成的半解析模型通常只通过星系的主要合并形成星系的球状组成部分（“凸起”）。然而，也有可能非合并事件（例如，一个较小的晕“飞越”）可以扰动星系晕系统，足以形成一个隆起。我们提出了一个初步的调查晕和星系自旋方向，这可能是这些事件的签名的主要变化的频率。
2009-12-23 astro-ph.CO
Dissecting the Red Sequence - III. Mass-to-Light Variations in 3D Fundamental Plane Space
基本面具有有限的厚度，并从维里关系倾斜，表明动力学质光比（Mdyn/L）在早期类型星系之间变化。我们使用来自斯隆数字巡天的16，000个静止星系的样本，通过由速度色散（sigma），有效半径（R_e）和有效表面亮度定义的3D基本平面空间绘制Mdyn/L的变化。我们考虑了由于恒星星族效应、IMF变化和一个R_e内暗物质分数的变化对Mdyn/L变化的贡献。沿着FP，我们发现恒星星族的贡献标度为M*/L ~ f（sigma），而暗物质和/或IMF的贡献标度为Mdyn/M* ~ g（Mdyn）。这两个贡献的倾斜FP旋转平面围绕不同的轴在3D空间，与暗物质/IMF的变化可能占主导地位。通过FP的厚度，我们发现Mdyn/L的变化要么是由IMF的变化决定的，要么是由暗物质分数与Re的实际差异决定的。因此，FP的有限厚度是由于恒星质量表面密度在R_e内的变化，而不是被动恒星星族的衰落。这些结构的变化与星系恒星形成的历史，使星系具有较高的Mdyn/M* 在一个给定的西格玛有较高的[Mg/Fe]，较低的金属丰度，和较老的平均恒星年龄。很难通过允许IMF变化来解释观察到的相关性，这表明暗物质分数的差异占主导地位。这些可以通过重子到恒星的“转换效率”的变化或通过恒星和暗物质通过耗散合并的重新分配来产生。在一个模型中，一些星系由于过早截断恒星形成而经历低转换效率，这为观察到的趋势提供了一个自然的解释。
2010-04-30 astro-ph.CO
Varying fundamental constants and dark energy in the ESPRESSO era
最近宇宙加速的观测证据表明，宇宙学和粒子物理学的规范理论是不完整的，新的物理学就在那里，等待着被发现。天体物理设施的一项紧迫任务是寻找、识别并最终描述这种新物理。我提出了最近的事态发展，在测试的稳定性的性质的基本常数，以及它们的影响，物理范式超越标准模型。具体来说，我讨论了新的观测约束在低红移和在BBN时代，并强调其不同的影响典型的quintessence型模型和非典型的弦理论启发的模型。最后，我还提出了新的预测，现实的模拟数据的基础上，预期从ELT-HIRES的这些约束的灵敏度的增益，其本身和结合欧几里得。
2021-11-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Direct dark matter detection: The diurnal variation in directional experiments
本文介绍了与直接暗物质探测实验有关的一些理论结果，特别注意了定向实验，即不仅能观测到反冲核的能量而且能观测到反冲核的方向的实验。在定向实验中，检测率取决于线观测与太阳运动方向之间的角度。然而，由于观测的方向相对于地球是固定的，而地球绕着它的轴旋转，在定向实验中，观测方向和太阳运动方向之间的角度在白天会发生变化。因此，在这样的实验中观察到的信号将呈现出非常有趣的和特征性的周期性日变化。
2010-09-03 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Nuclear Double Beta Decay, Fundamental Particle Physics, Hot Dark Matter, And Dark Energy
核双β衰变是一种极其罕见的放射性衰变过程，它是标准模型之外粒子物理学研究中最令人兴奋的方法之一。在过去的二十年里，在寻找无中微子双β衰变的实验灵敏度方面取得了很大的进展--主要是基于在“活性源实验”中使用大量的浓缩源材料--导致了对自然界中发生这种过程的观察（在6.4 σ水平上），具有对于核衰变过程所观察到的最大半衰期（2.2 x 10^{25} y）。这对粒子物理学有着根本性的影响-轻子数的违反，中微子的马约拉纳性质。这些结果与核基质元素（NME）* 的任何信息无关。它进一步导致了超对称理论、超中微子质量、右手W玻色子质量、超重中微子质量、复合性、轻夸克、洛伦兹不变性的破坏和中微子区的等效原理等方面的严格限制。轻中微子的质量是简并的，至少为0.22 ± 0.02 eV。这将中微子作为热暗物质的贡献固定在总观测到的暗物质的>=4.7%。中微子质量的测定也可能解决暗能量之谜。* （简要讨论了NME对0 nubb衰变的重要性。）
2010-07-15 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Fundamental statistical limitations of future dark matter direct detection experiments
我们讨论了未来吨级暗物质直接探测实验不可减少的统计限制。我们特别关注置信区间的覆盖范围，它量化了用于重建暗物质参数的统计方法的可靠性，以及重建参数的偏差。我们在即将到来的吨级实验范围内研究了36个基准暗物质模型。我们发现，近似的置信区间从配置文件的似然分析完全覆盖或覆盖的WIMP参数的真实值，因此是保守的。我们评估数据中不可避免的统计波动可能导致暗物质参数的有偏重建或重建参数值的大不确定性的概率。我们表明，这种概率可以是令人惊讶的大，即使是基准模型导致一个大的事件率为一百计数。我们发现，从两个不同的目标相结合的数据集导致改善的覆盖性能，以及大幅减少统计偏差和不确定性的暗物质参数。
2012-02-11 astro-ph.CO hep-ph physics.data-an
Fundamental Physics from the Sky: Cosmic Rays, Gamma Rays and the Hunt for Dark Matter
我们能从天文学和天体粒子数据中了解新物理学吗？理解这是如何可能的是解开宇宙学和粒子物理学界面上最紧迫的谜团之一的关键：暗物质的基本性质。我将讨论最近在宇宙射线电子-正电子数据和伽马射线观测中的一些令人困惑的发现，这些发现可能与暗物质有关。我认为，最近的宇宙射线数据，特别是来自帕梅拉和费米卫星的数据，表明银河系中以前无法解释的强大来源注入了高能电子和正电子。有趣的是，这种新的源类可能与新的基本粒子物理学有关，特别是与星系暗物质的成对湮灭或衰变有关。这种令人兴奋的情况直接受到费米伽马射线观测的限制，这也告诉我们天体物理源对应物也可能是高能电子-正电子过剩的原因。对银河系中心区域伽马射线发射的观测以及对130 GeV左右伽马射线线的断言最近也引发了广泛的兴趣：我将讨论我们是否真的观测到了来自暗物质湮灭的信号，如何检验这一假设，以及哪些天体物理机制构成了相关的背景。
2012-09-25 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Early Universe Constraints on Variations in Fundamental Constants Induced by Ultralight Scalar Dark Matter
本研究探讨超轻暗物质（ULDM）与标准模型粒子二次耦合诱导的基本常数变化的早期宇宙约束，结合CMB和重子声学振荡数据，发现其对低质量ULDM的耦合变化约束更严，且无法解决哈勃张力。
2025-11-18 astro-ph.CO hep-ph
Time variation of the Equation of State for Dark Energy
利用$Ω_Q $、$w_Q $及其时间导数的当前值分析了暗能量状态方程的时间变化。在未来，暗能量的详细特征可以被观察到，所以我们考虑了两种类型的潜在的$w_Q$的二阶导数：一个是逆幂律型（$V=M^{4+α}/Q^α$）和另一个是指数型（$V=M^4\exp{(βM/Q)}$）。导出了两种电位的一阶导数$dw_Q/da$和二阶导数$d^2 w_Q/da^2$。一阶导数由观测到的两个参数$Δ=w_Q+1$和$Ω_Q$估计，并假设$Q_0$。在极限$Δ\rightarrow 0$中，一阶导数为零，并且在跟踪器近似下，二阶导数也变为零。对于逆幂势$V=M^{4+α}/Q^α$，使用观察到的一阶和二阶导数来确定势参数$M$和$α$。对于$V=M^4\exp{(βM/Q)}$的电势，通过观测参数$Δ$、$Ω_Q$和$dw_Q/da$估计二阶导数。
2015-03-13 astro-ph.CO
Astro 2020 Science White Paper: Fundamental Cosmology in the Dark Ages with 21-cm Line Fluctuations
黑暗时代是宇宙微波背景的最后一次散射和第一个光源出现之间的时期，跨度约为1100 < z < 30。唯一已知的测量这个时代波动的方法是通过中性氢的21厘米线。这样的观测在宇宙学上具有巨大的潜力，因为它们跨越很大的体积，而波动即使在小尺度上也保持线性。因此，在这一时期对21厘米波动的观测可以限制我们宇宙的基本方面，包括膨胀和任何暗物质的奇异物理。虽然这些低频21厘米观测的观测挑战是巨大的，特别是来自地球环境的挑战，但它们代表了宇宙学的一个重要目标。
2019-03-14 astro-ph.CO
Large-scale variation in reionization history caused by Baryon-dark matter streaming velocity
在宇宙复合时，重子与暗物质之间存在超音速相对运动，这种相对运动起源于早期宇宙中的重子声振荡。这种运动被认为对宇宙再电离后期的影响可以忽略不计，因为相对速度迅速降低。然而，最近的研究表明，小于本地金斯质量（$\lesssim$ $10^8~M_\odot$）的气体云中的复合可以通过增加电离星系际介质所需的紫外光子数量来影响再电离历史。出于这一动机，我们进行了一系列的辐射流体动力学模拟，以调查是否流运动可以产生变化的局部再电离的历史，通过平滑的clusional小尺度结构和降低电离光子预算。我们发现，流速可以在再电离末端红移中增加$Δz_e$ $\sim$ $0.05$ $-$ $0.5$的变化，这取决于X射线预热的水平和电离源的时间演化。当星系的电离效率越往后降低时，这种变化越大。考虑到流运动（$\gtrsim 100$ Mpc）的长空间涨落尺度，它有助于解释类星体观测到的Ly $α$不透明度变化，并在星系际介质的电离场上留下再电离过程中的大尺度印记. X射线源的预再电离加热是另一个关键因素，可以抑制小尺度气体聚集，并可以减少由流动运动引入的$z_e$的变化。
2021-01-22 astro-ph.CO
Dark energy and the Rutherford-Soddy radiative decay law
它表明，通过耦合到暗能量通过一个广义的Bekenstein型模型的基本耦合的一个假定的演变可能会导致偏差的统计核衰变卢瑟福-索迪定律，除非对这种变化的参数施加限制。弱相互作用的现有界限排除了任何显著的偏差。对强相互作用的限制要宽松得多。
2009-03-26 astro-ph.CO
Search for transient variations of the fine structure constant and dark matter using fiber-linked optical atomic clocks
我们搜索的精细结构常数的瞬态变化使用的数据从欧洲网络的光纤连接的光学原子钟。通过在整个网络中搜索记录的时钟频率比较中的相干变化，我们显着改善了对精细结构常数的瞬态变化的约束。例如，对于持续时间为10 ^3 s的瞬态，我们将α的变化限制为<5*10^-17。这项分析也提供了寻找暗物质的可能性，这种神秘的物质被假设用来解释星系动力学和其他被认为主导宇宙物质密度的天体物理现象。在目前的灵敏度水平下，我们没有发现暗物质存在拓扑缺陷（或者更一般地说，任何宏观物体）的证据，因此我们对暗物质和标准模型粒子之间的某些潜在耦合进行了限制，大大改善了现有的限制，特别是对大的（>~10^4 km）物体。
2019-07-09 astro-ph.CO hep-ph physics.atom-ph
Using the cosmological recombination radiation to probe early dark energy and fundamental constant variations
宇宙复合辐射（CRR）是来自早期宇宙的光谱畸变信号之一。来自氢和氦的CRR光子早于最后的散射过程，因此允许探测前复合时代的物理现象。在这里，我们计算由早期的暗能量模型和不同的基本常数所引起的CRR的修改。这些新的物理学例子最近与哈勃张力有关的活动有所增加，激发了这里提出的探索性研究。相关的CRR响应频谱丰富，但信号电平很小。我们预测了未来光谱仪对这些效应的可能灵敏度。我们的估计表明，CRR直接取决于在前重组时代的膨胀历史和重组物理的变化。然而，未来的灵敏度需要光谱仪的限制，与其他宇宙学探测器的竞争。尽管如此，CRR的测量可以直接进入否则无法进入的阶段，突出了这些类型的观测可能作为早期宇宙的探测器的潜力。与${\it Planck}$数据的组合进一步表明，协同方法非常有前途。
2022-09-25 astro-ph.CO
Taking Inventory of the Most Promising Lensed Radio Sources for Constraining Fundamental Properties of Dark Matter
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本文探讨了如何利用强引力透镜射电源来约束暗物质的基本性质，通过分析现有射电和光学调查数据，提出了一种新的方法来扩展未来暗物质研究的潜在后续样本，并讨论了该样本的完整性。
2026-05-19 astro-ph.CO
Searching for large dark matter clumps using the Galileo Satnav clock variations
本研究利用伽利略卫星的被动氢原子钟网络搜寻暗物质致密天体，通过将基本常数瞬态变化建模为卫星时钟间的频率调制，显著扩展了发现范围，首次探索了 $10^5$ 至 $10^9$ 公里尺寸的瞬态天体。
2024-03-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Variation of Rotation Curve Shapes as a Signature of the Effects of Baryons on Dark Matter Density Profiles
星系自转曲线的形状变化很大，可以用Vrot（1 kpc）/Vmax（1 kpc时测得的自转速度与最大自转速度之比）来表征。我们研究所观察到的散射是否可以解释为结合分散在光盘尺度长度，浓度晕质量关系，和M*-Mhalo关系。我们使用这些散射来创建模型星系种群;当被安置在具有普遍的NFW密度分布的暗物质晕内时，该模型与观测到的最低Vrot（1 kpc）/Vmax值不匹配，并且与观测值相比，Vrot（1 kpc）/Vmax的散射太小。相比之下，一个模型使用质量依赖的暗物质配置文件，其中的内部斜率是由M*/Mhalo的比率，产生的星系的Vrot（1 kpc）/Vmax的值低，散射大得多，都与观测一致。我们的结论是，在Vrot（1 kpc）/Vmax中观察到的大的散射有利于密度分布的重子过程的显着影响。替代的暗物质核心形成模型，如SIDM，也可以解释观测到的旋转曲线形状的变化，但这些观测可能提供重要的限制核心的大小，以及它们是否随晕质量和/或合并历史而变化。
2015-10-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Variation of fundamental constants and white dwarfs
试图统一四种基本相互作用的理论和引力的替代理论预测了自然界基本常数的时间和/或空间变化。这些理论的不同版本预测了这些变化的不同行为。因此，实验和观测的界限是一个重要的工具，以检查这些建议的有效性。在本文中，我们审查的约束条件的可能变化的基本常数从天文观测和地球物理实验，旨在测试的恒定性的基本常数的性质在不同的时间尺度。我们还重点讨论了从白矮星中可以得到的限制，这些限制可以约束常数随引力势的变化。
2020-01-31 astro-ph.CO hep-ph
Spatial variation of fundamental constants: testing models with thermonuclear supernovae
自从狄拉克提出大数假设以来，基本常数的时空变化一直是一个活跃的研究课题。在这里，我们分析了两个基本常数的可能空间变化：精细结构常数α和光速c。我们研究了这种变化对Ia型超新星（SNe Ia）的光度距离和峰值光度的影响。为此，我们分别考虑每个基本常数的变化，并讨论其变化的偶极子模型。阐述我们以前的工作，我们考虑到Ia型超新星的峰值亮度的变化所造成的这些基本常数的变化。此外，我们还包括爆炸过程中的能量释放的变化，这是以前的文献中没有研究。我们进行了统计分析，以比较偶极子模型对α和c变化的预测与Union2.1和JLA汇编的SNe Ia。为此，我们也允许滋扰参数的距离估计$μ_0$和宇宙密度物质$Ω_m$的变化。作为我们分析的结果，我们获得了光速c的可能空间变化的第一个估计。另一方面，我们发现这里研究的几个唯象模型与标准宇宙学模型之间没有显著差异，在标准宇宙学模型中，基本常数完全不变。因此，我们得出结论，Ia型超新星的实际数据集不允许验证基本常数的假设空间变化。
2018-04-04 astro-ph.CO
Scalar dark matter induced oscillation of permanent-magnet field
本文提出利用SQUID磁强计或低噪声射频放大器探测永磁体磁场振荡以寻找标量暗物质，并证明该实验在特定频率范围内灵敏度与前沿实验相当。
2023-01-28 astro-ph.CO cond-mat.other hep-ph
Constraining Fundamental Constant Variations from Ultralight Dark Matter with Pulsar Timing Arrays
脉冲星定时阵列（PTA）是$\text{nHz} \lesssim f \lesssim μ\text{Hz}$频段的异常灵敏的探测器。超轻暗物质（ULDM），质量在$10^{-23}\,\text{eV} \lesssim m_ϕ\lesssim 10^{-20}\,\text{eV}$范围内，是已知在该频率窗口中产生信号的一类DM模型。虽然以前已经研究了ULDM的纯引力特征，但在这项工作中，我们考虑了在ULDM和普通物质之间存在直接耦合时产生的PTAs中的两个信号。这些耦合引起基本常数的变化，即，粒子质量和耦合。这些变化可以改变脉冲星的转动惯量，通过角动量守恒引起脉冲星自旋波动，或者由于参考时钟偏移引起明显的定时残差。通过使用模拟数据模仿当前的PTA数据集，我们表明，PTA实验优于扭秤和原子钟约束耦合到电子，μ子，或胶子的ULDM。在耦合到夸克或光子的情况下，我们发现PTA和原子钟设置了类似的约束。此外，我们还讨论了未来的PTA如何进一步改善这些约束，并详细介绍了这些信号相对于先前研究的ULDM对PTA的影响的独特性质。
2022-05-13 astro-ph.CO hep-ph
The shape of dark matter halos: a new fundamental cosmological invariance
本研究通过三种宇宙学模型发现，暗物质晕形状对宇宙学模型的依赖可通过宇宙物质场非线性涨落消除，由此得到的基本不变性可用于高精度重建非线性功率谱及宇宙学参数σ₈，为探测宇宙物质场非线性动力学提供新工具。
2024-08-08 astro-ph.CO
Manifestations of a spatial variation of fundamental constants on atomic clocks, Oklo, meteorites, and cosmological phenomena
类星体吸收系统中精细结构常数α的空间变化的显著检测必须通过互补搜索来独立确认。在这封信中，我们讨论了如何在实验室，陨石数据和分析的欧克陆核反应堆的基本常数的时间变化的地面测量可以用来证实天文学家看到的空间变化。此外，我们表明，空间变化的基本常数可以观察到的空间各向异性的宇宙微波背景，加速膨胀（暗能量），和大尺度结构的宇宙。
2010-08-24 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
