Optimal joint reconstruction from CMB observations: application to cosmic birefringence, patchy reionization and CMB lensing
针对下一代CMB观测中二次估计器的次优性与偏差污染问题，提出联合最大后验框架同时重建多个畸变场，显著降低了重建噪声与透镜偏差，为搜寻原初B模式提供更稳健的分析。
2025-03-05 astro-ph.CO
Including birefringence into time evolution of CMB: current and future constraints
我们介绍的双折射效应的传播历史中的CMB，考虑两种情况下的一个恒定的效果，并在时间上线性增加的效果，作为旋转的双折射引起的偏振在光子传播过程中积累。这两种情况导致在透镜效应发生之前E和B模式的混合，从而导致透镜作用于由于双折射而已经混合的光谱的事实。此外，如果偏振旋转角在传播过程中增加，双折射影响更大的尺度比小尺度。我们使用WMAP 9yr和BICEP 2013的数据对这两种情况进行了约束，并将这些结果与采用旋转最终功率谱的通常程序时获得的约束进行了比较，发现这种数据集组合无法区分效果，但它仍然暗示了偏振旋转角的非零值。我们还预测了将使用普朗克和北极熊的数据获得的灵敏度，强调了这种组合如何能够排除消失的双折射角，但仍然无法区分不同的情况。然而，我们发现，普朗克和北极熊的组合是足够敏感的，以突出存在的双折射旋转和引力透镜的CMB光子之间的简并，可能会导致错误的检测非标准的透镜效应，如果忽略双折射。
2015-09-29 astro-ph.CO
Exploring circular polarization in the CMB due to conventional sources of cosmic birefringence
宇宙微波背景（CMB）的圆偏振通常被认为是零，因为它不是由汤姆逊散射产生的。在这里，我们探讨的实际水平的圆偏振在CMB产生的传统宇宙学源的双折射。我们考虑两类双折射机制。一种是物质的排列产生各向异性的磁化率张量：氢自旋可以通过密度扰动或CMB自身的各向异性来排列。另一个是辐射场的各向异性，耦合到介质对电磁场的非线性响应：这可以通过光子-光子散射（真空的非线性响应）、原子超极化率（中性原子的非线性响应）或等离子体延迟（自由电子的非线性响应）发生。最强的效应来自于在$\sim 10^{-14}$ K能级上复合产生的光子-光子散射。我们的研究结果是一致的，可以忽略不计的圆极化的CMB相比，线极化或电流和近期实验的灵敏度。
2018-08-21 astro-ph.CO
Planck constraints on cross-correlations between anisotropic cosmic birefringence and CMB polarization
宇宙双光子散射（CB）是由麦克斯韦电磁学的宇称违反扩展引起的光子在传播过程中线偏振方向的真空旋转。我们建立低分辨率CB角地图使用普朗克遗产和NPIPE产品，并提供第一次的互相关谱$C_L^{αE}$和$C_L^{αB}$之间的CB和CMB偏振场的估计。我们还提供了更新的CB自相关谱$C_L^{αα}$以及与CMB温度场的互相关$C_L^{αT}$。我们通过定义尺度不变幅度$A^{αX} \equiv L(L + 1)C_L^{αX}/2π$报告限制，其中$X = α, T, E, B$，没有发现CB的证据。特别是，我们发现$A^{αE} = (-7.8 \pm 5.6)$ nK deg和$A^{αB} = (0.3 \pm 4.0)$ nK deg在68% C. L.。
2022-09-29 astro-ph.CO
Extracting Axion String Network Parameters from Simulated CMB Birefringence Maps using Convolutional Neural Networks
本研究构建模拟流水线并训练球面卷积神经网络，从模拟CMB双折射图中提取轴子弦网络参数，证明其优于两点统计量，并评估了CMB-S4级噪声对参数估计的影响。
2025-03-05 astro-ph.CO
Constraints on background torsion from birefringence of CMB polarization
我们表明，一个非最小的电磁耦合与背景扭转可以产生双折射的电磁波。这种双折射引起CMB的B模式偏振。从WMAP和BOOMERANG数据的B-模式的界限，人们可以把背景扭转限制在$ξ_{1}T_{1}=(-3.35 \pm 2.65) \times 10^{-22} GeV^{-1}$。
2009-08-05 astro-ph.CO gr-qc
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
Field-level constraints on cosmic birefringence with a hybrid $E$-$B$ internal linear combination
Instituto de Física de Cantabria (CSIC-UC)（坎塔布里亚物理研究所）
提出一种基于多斯托克斯混合内在线性组合的盲图方法，打破宇宙双折射与仪器极化角校准误差及银河系前景 $EB$ 相关的简并，实现对双折射角的空间线性回归估计，并在 LiteBIRD 模拟和 Planck PR4 数据上获得有竞争力的约束。
2026-06-01 astro-ph.CO
Exact CMB B-mode power spectrum from anisotropic cosmic birefringence
研究不依赖薄近似计算各向异性宇宙双折射导致的CMB B模式功率谱，发现薄近似会高估幅度，并利用SPTpol数据限制了该双折射的幅度。
2025-03-03 astro-ph.CO
Measures of non-Gaussianity in axion-string-induced CMB birefringence
本文研究了轴子弦诱导的宇宙微波背景双折射的非高斯性，利用峰度和双谱技术量化了 4 点和 3 点关联函数，指出非高斯性测量有助于区分新物理源并打破轴子-光子耦合与弦网络性质间的简并性。
2023-09-18 astro-ph.CO
Field-level constraints on cosmic birefringence from hybrid ILC maps combining $E$- and $B$-mode channels
Instituto de Física de Cantabria (CSIC-UC)（坎塔布里亚物理研究所（CSIC-UC））
提出混合ILC方法，结合E/B模通道在场级约束宇宙双折射，在LiteBIRD模拟中与功率谱分析相当，并在Planck PR4数据中给出2.7σ的探测。
2025-10-24 astro-ph.CO
Cosmic birefringence tomography with polarized Sunyaev Zel'dovich effect
本文提出利用包含所有相关项的偏振Sunyaev-Zel'dovich（pSZ）效应作为宇宙双折射层析探针，发现通过CMB极化模与遥远四极矩模的交叉关联，可将红移2至5的双折射角约束在亚度级别。
2023-09-28 astro-ph.CO
Impact of half-wave plate systematics on the measurement of cosmic birefringence from CMB polarization
宇宙微波背景（CMB）的偏振可以探测新的宇称违反物理，如宇宙双折射（CB），这需要对仪器系统学的精细控制。半波片（HWP）的非理想性代表了用作偏振调制器时的系统性来源。我们研究了它们对CMB角功率谱的影响，这是部分退化与CB和偏振角的失调。我们使用全天空波束卷积模拟包括HWP生成模拟无噪声的时间顺序数据，通过一个bin平均映射器处理它们，并计算功率谱，包括$TB$和$EB$相关。我们还推导出精确模拟所观察到的光谱的解析公式。对于我们选择的HWP参数，HWP引起的角度为几度，这可能被误解为CB。需要准确了解HWP，以缓解这一问题。我们的模拟和分析公式将是有用的HWP校准的准确性推导出的要求。
2023-03-21 astro-ph.CO
Forecasts on Anisotropic Cosmic Birefringence Constraints for CMB Experiment in the Northern Hemisphere
针对北半球中纬度即将开展的CMB实验，通过二次估计器分析模拟极化数据，预测其对各向异性宇宙双折射谱振幅$A_{\rm CB}$的约束能力，发现大口径望远镜在相同频段下可将2σ上限收紧至0.0062。
2025-04-17 astro-ph.CO
CMB Polarization Systematics, Cosmological Birefringence and the Gravitational Waves Background
宇宙微波背景实验必须对它们的偏振参考系进行非常精确的校准，以避免对宇宙学参数产生偏差。特别是，错误或不准确的校准可能会模拟引力波背景的存在，或来自宇宙学双折射的信号，这是几种非标准的电动力学对称破缺理论的特征现象，如果光子的偏振方向允许\textit{in vacuo}旋转。值得注意的是，一些作者声称BOOMERanG 2003（B2K）公布的CMB偏振功率谱可能暗示宇宙学双折射。然而，这样的分析没有考虑到BOOMERanG焦平面的校准不确定性。我们开发了一种形式主义，包括这种效果，并将其应用到BOOMERANG数据集，找到一个宇宙学旋转角$α=-4.3^\circ\pm4.1^\circ$。我们还调查了未来的空间实验的预期性能，发现一个整体的错误校准大于$1^\circ$的普朗克和$0.2\circ$的EPIC，如果不适当地考虑，将产生偏差的宇宙学参数的约束，并可能误导建议存在的GW背景。
2009-05-19 astro-ph.CO
Planck 2018 constraints on anisotropic birefringence and its cross-correlation with CMB anisotropy
标准电磁学的宇称违反扩展产生宇宙双折射，即光子在传播过程中线性偏振方向的真空旋转。我们采用{ \it Planck} 2018 CMB偏振数据来约束各向异性双折射，由其角功率谱$C_{\ell}^{αα}$建模，以及与CMB温度图$C_{\ell}^{αT}$的交叉相关性，尺度大于$\sim$ 15度。我们提出了联合限制的尺度不变量，$A^{αα} \equiv \ell (\ell +1) \, C_{\ell}^{αα} / 2 π$，并在互相关，$A^{αT} \equiv \ell (\ell +1) \, C_{\ell}^{αT} / 2 π$的模拟幅度。我们在误差预算范围内没有发现双折射的证据，并获得了$A^{αα} < 0.104 \, \mbox{[deg$ ^2 $]}$和$A^{αT}=1.50^{+2.41}_{-4.10} \, \mbox{[$ μ $K$ \cdot $deg] both at } 95 \% \mbox{ C.L.}$。后一个界限似乎在限制最近提出的一些早期暗能量模型以缓解$H_{0}$紧张局势方面具有竞争力。在$A^{αT}=0$处对联合似然进行切片，$A^{αα}$上的界在$A^{αα} < 0.085 \, \mbox{[deg$处变得更紧，$]}$在95 $\% \mbox{ C.L.}$处变得更紧。此外，我们将对$A^{αα…
2020-10-07 astro-ph.CO
Gravitational lensing effect on cosmic birefringence
本文研究了引力透镜对类轴子粒子诱导的CMB极化宇称奇功率谱的影响，发现未来高分辨率CMB实验必须包含透镜修正以避免参数估计偏差。
2023-05-23 astro-ph.CO hep-ph
Cosmic birefringence tomography and calibration-independence with reionization signals in the CMB
本文提出利用 CMB 再电离与复合时期双折射角之差消除偏振角校准偏差，并结合多类探测实现双折射层析，预测 LiteBIRD 可测至约 0.05 度。
2021-08-20 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on cosmological birefringence from Planck and Bicep2/Keck data
宇宙微波背景（CMB）的偏振可以用来约束宇宙学双折射，即由超越标准模型的宇称违反物理可能引起的CMB光子线偏振的旋转。这种效应在温度和B模偏振之间以及E模和B模偏振之间产生非零CMB交叉相关。在标准宇宙学模型中，这两种互相关都是零。我们使用最近发布的2015年普朗克似然与Bicep 2/Keck/Planck（BKP）似然组合来约束双折射角$α$。我们的发现与未检测结果一致，读取$α= 0.0^{\circ} \pm 1.3^{\circ} \mbox{ (stat)} \pm 1^{\circ} \mbox{ (sys)} $获得{ \sc Planck}数据，读取$α= 0.30^{\circ} \pm 0.27^{\circ} \mbox{ (stat)} \pm 1^{\circ} \mbox{(sys)} $获得BKP数据。最后，我们预测了预期的改善目前的限制时，普朗克BB，TB和EB光谱在高$\ell$将包括在分析中。
2015-09-14 astro-ph.CO
First CMB Constraints on Direction-Dependent Cosmological Birefringence from WMAP-7
一个新的标量场与电磁场的陈-西蒙斯耦合可能会引起宇宙学双折射，即电磁波在宇宙学距离上传播时线偏振的旋转。先前的工作已经通过寻找均匀旋转在CMB温度/偏振中产生的违反宇称的TB和EB相关性来寻求这种旋转，假设旋转角度在整个天空中是均匀的。然而，如果引起宇宙双折射的标量场具有空间波动，那么旋转角度可能会在整个天空中变化。在这里，我们寻找方向依赖的宇宙学双折射的WMAP-7数据。我们报告的第一CMB约束的旋转角功率谱的多极L = 0和L = 512之间。我们还获得了一个68%的置信水平上限为1度的尺度不变的旋转角功率谱的四极的平方根。
2012-10-07 astro-ph.CO physics.data-an
CMB birefringence from ultra-light axion string networks
宇宙微波背景（CMB）光子通过（超轻）轴子弦环时会发生偏振旋转。研究这种双折射可以揭示关于轴子-光子耦合和弦网络结构的有价值的信息。我们开发了一个近似的解析形式，并确定了一个核函数，可以用来计算两点关联函数的CMB双折射引起的任意轴子弦网络。使用这种形式主义，我们评估了一些简单的环路分布（包括缩放和网络崩溃）的双折射信号。我们发现，角关联函数具有由$θ_\mathrm{min}$设置的特征角尺度，其对应于重组时的环的角范围。这导致在双折射功率谱中在$\ell_p \sim 1/θ_\mathrm{min}$周围出现峰值。如果网络在今天之前崩溃，则会引入由轴子质量控制的额外尺度。
2021-05-21 astro-ph.CO hep-ph
Axion-like Dark Matter Constraints from CMB Birefringence
类轴子粒子是由Peccei-Quinn机制激发的暗物质候选者，并且也出现在有效场论中，其中它们的质量和光子耦合是独立的。我们用标准的$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
Robustness of cosmic birefringence measurement against Galactic foreground emission and instrumental systematics
宇宙微波背景（CMB）的极化可以用来寻找宇称破坏过程，如陈-西蒙斯耦合到轻赝标场预测。这种相互作用通过称为宇宙双折射的效应将观测到的CMB信号中的$E$模式旋转为$B$模式。尽管各向同性双折射可能会与探测器偏振角的误校准产生的旋转相混淆，但当银河系的前景发射被用作校准器时，这两种效应之间的简并性被打破。在这项工作中，我们使用现实模拟的普朗克任务的高频仪器来测试银河前景发射和仪器系统学的影响，最近通过这种技术获得的双折射测量。我们的研究结果表明，该方法对偏振角的误校准和其他系统的影响，如强度偏振泄漏，光束泄漏，或交叉偏振效应的鲁棒性。然而，我们的估计是敏感的极化前景发射的$EB$相关性。在这里，我们建议纠正由灰尘引起的偏见$EB$建模的前景信号与模板产生的贝叶斯组件分离分析，适合参数模型CMB数据。承认目前可用的灰尘模板，如指挥官天空模型的局限性，高精度CMB数据和超越修改后的黑体范例的灰尘的表征需要在未来获得宇宙双折射的明确测量。
2023-01-10 astro-ph.CO
CMB Birefringence from Axion String Networks Calibrated to an AMR Simulation
Rice University（莱斯大学）
本文通过AMR模拟校准轴子弦网络的环交叉模型，预测CMB双折射，结合观测约束电磁异常系数，排除最小大统一理论预测，并探讨其对各向同性双折射证据的意义。
2026-08-26 astro-ph.CO hep-ph
Probing Anisotropic Cosmic Birefringence with Foreground-Marginalised SPT B-mode Likelihoods
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；University of Melbourne（墨尔本大学）；University of Chicago（芝加哥大学）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）
本研究构建SPT-3G D1和SPTpol的前景边缘化CMB B模式极化似然性，用其约束各向异性宇宙双折射振幅$A_{\rm CB}$，获迄今最严BB功率谱约束，数据公开。
2025-11-14 astro-ph.CO
Cross-correlation between 21-cm radiation and CMB B modes from the cosmic birefringence in the presence of a light scalar field
研究了在非恒定标量场与电磁场强度耦合时，宇宙双折射引起的21 cm和CMB B模涨落之间的互相关。这样的多波长信号可以潜在地探测宇宙的再电离历史，也可以探索基础物理的本质，例如早期宇宙中的宇称破缺和标量场动力学。我们说明了通过通常讨论的标量场模型，quintessence类标量场，这是负责当前的暗能量和轴子类标量场，这是负责当前的暗物质密度检测这样的21厘米-B模式的互相关的可行性。
2019-09-25 astro-ph.CO hep-ph
Search for ultra-light axions with CMB polarization
本文研究了通过CMB偏振测量宇宙双折射来搜寻超轻类轴子粒子，指出若近期约0.3度的双折射信号被证实，仅凭CMB数据即可严格限制极低质量与高耦合常数下的ALP参数空间。
2023-04-07 astro-ph.CO
Constraining Ultralight ALP Dark Matter in Light of Cosmic Birefringence
本研究针对超轻类轴子粒子暗物质，结合宇宙学约束与洗脱效应分析，发现晚期可非线性成团的ALP均无法解释Planck和WMAP观测到的静态宇宙双折射信号。
2024-08-15 astro-ph.CO
Cosmic Birefringence Fluctuations and Cosmic Microwave Background $B$-mode Polarization
最近，BICEP 2对宇宙微波背景（CMB）$B$模式偏振的测量表明，在度角尺度上存在原始引力波，推断出$r=0.2$的张量标量比和运行的标量谱指数。在这封{ \em Letter}中，我们证明了宇宙双折射涨落的存在可以引起CMB $B$模偏振，该偏振符合BICEP 2数据与$r<0.11$和没有标量谱指数的运行。因此，根据BICEP 2结果，排除许多具有小$r$的通货膨胀模型可能过于仓促。
2015-05-20 astro-ph.CO
Observational evidence for Early Dark Energy as a unified explanation for Cosmic Birefringence and the Hubble tension
本文通过CMB的EB模式观测和局部膨胀率测量，检验了n=3超轻类轴子EDE模型，发现其能同时拟合观测数据并提供统一解释宇宙双折射与哈勃张力的首个证据。
2024-12-31 astro-ph.CO
Planck constraints on the scale dependence of isotropic cosmic birefringence
本文利用普朗克数据确认各向同性宇宙双折射角约为0.30度，并通过幂律拟合与非参数贝叶斯重建证明其不随谐波尺度显著变化，支持常数模型，且预测未来CMB实验可将不确定度降低约7倍。
2025-07-22 astro-ph.CO
Wading the String Bog: CMB Birefringence in the Swampland
University of Parma（帕尔马大学）；INFN Gruppo Collegato di Parma（意大利国家核物理研究所帕尔马联合小组）；University of California, Davis（加州大学戴维斯分校）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）
该研究提出宇宙双折射观测可检验沼泽地猜想，指出超轻标量双折射受弱引力猜想约束，薄轴子畴壁或能解释双折射，相关场景可通过POLARBEAR等实验区分。
2026-07-31 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
CMB Polarization Systematics Due to Beam Asymmetry: Impact on Cosmological Birefringence
标准宇宙学模型被假定为尊重宇称对称性。在这种假设下，CMB的温度各向异性和“梯度”状偏振的互相关，与“卷曲”状偏振相同地消失在整个天空。然而，扩展的标准模型，允许光标量场或轴子耦合到电磁场，或耦合到黎曼重力场强度，以及其他修改的场论，可能会导致旋转的宇宙学尺度上的CMB偏振平面，并表现为非零TB和EB互相关。最近，宇称违反的程度（反映在偏振旋转）的限制使用的数据从BOOMERANG，WMAP和QUAD。预测已经作出了不久的将来的实验（如普朗克），以进一步限制宇称和洛伦兹违反条款的基本相互作用的性质。在这里，我们考虑一个现实世界的影响引起的一类望远镜光束系统，可以模仿偏振平面的旋转或以其他方式诱导非零TB和EB相关。特别是，采用的观点，即未来实验的主要目标将是通货膨胀的B模式信号，我们假设即将到来的普朗克和POLARBEAR实验的光束系统学朝着这个目标进行了优化，并探讨了光束系统学的允许水平对偏振旋转测量的精度的影响。
2009-05-07 astro-ph.CO
Cosmic Birefringence: Cross-Spectra and Cross-Bispectra with CMB Anisotropies
麦克斯韦电磁学的宇称违反扩展在传播过程中引起光子的线偏振平面的旋转。这种被称为宇宙双折射的效应会影响宇宙微波背景（CMB）观测，产生$E$和$B$偏振模式的混合，否则在标准场景中为零。这样的效果自然地由旋转角度参数化，该旋转角度可以被写为各向同性分量$α_0$和各向异性分量$δα(\hat{\mathbf{n}})$的和。在本文中，我们计算角功率谱和双谱涉及$δα$和CMB的温度和偏振图。特别是，相反发生的交叉谱，我们表明，即使在各向异性双折射角和CMB地图之间的原始交叉相关的情况下，存在非零的三点相关函数携带宇称破缺物理签名。此外，我们发现，这样的角度双谱仍然生存在一个制度的纯各向异性的宇宙双折射，这对应于保守的情况下，有$α_0=0$。这些双谱代表了一个额外的观察，旨在研究宇宙双折射和超越功率谱分析的宇称违反性质。它们还提供了一种方法来执行宇宙双折射的特定模型的一致性检查。此外，我们估计在所有可能的双折射双谱中，$\langleδα\, TB\rangle$和$\langleδα\,EB\rangle$是包含最大信噪比的双折射双谱。一旦宇宙的双折射信号被带到目前的限制水平，我们表明，这些bispectra是在未来的CMB实验范围内，作为LiteBIRD。
2022-05-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Axionic defects in the CMB: birefringence and gravitational waves
本研究探讨轴子缺陷（畴壁网络）对CMB双折射和引力波的影响，通过数值模拟推断网络形成湮灭时间，并首次给出再复合后湮灭网络的张力与丰度约束，改进约一个数量级，展望未来B模探测。
2025-07-10 astro-ph.CO hep-ph
Constraining Lorentz Violation using 21cm and CMB Cross Correlations
Indian Institute of Technology, Mandi（印度技术学院曼迪分校）
通过21cm和CMB信号交叉相关，研究双折射角度约束，利用Fisher矩阵方法预测SKA等实验对α_CMB和α_21cm的约束。
2026-02-15 astro-ph.CO
Axion Dark Matter Induced Cosmic Microwave Background $B$-modes
众所周知，几乎无质量的宇宙学轴子场的等曲率扰动可以导致宇宙微波背景（CMB）中的$E$模式偏振旋转为$B$模式偏振，这是由于场与电磁拓扑密度的奇偶违反耦合，导致称为各向异性宇宙双折射的现象。在这封{ \em Letter}中，我们提出了一个由暗物质绝热密度扰动引起的各向异性宇宙双折射的新来源。如果暗物质是携带与光子耦合的超轻轴子，其绝热密度涨落将诱导具有蓝倾斜旋转功率谱的各向异性宇宙双折射，从而产生亚度角尺度的CMB $B$模式偏振。使用当前的POLARBEAR和SPTPPol $B$模式偏振数据，我们导出了对轴子-光子耦合强度（$β$）和轴子质量（$m$）的约束，$β^2 (10^{-22}{\rm eV}/m)^2 < 8\times 10^{15}$。结果表明，双折射$B$模式可以占主导地位的CMB透镜$B$模式在高$l$，表现为多余的功率$l>1500$在未来的CMB透镜$B$模式搜索。此外，我们推导出透镜旋转互相关，可以是一个潜在的测试本模型。
2017-02-25 astro-ph.CO
Constraints on parity violation from ACTpol and forecasts for forthcoming CMB experiments
我们使用ACTpol公布的宇宙微波背景（CMB）的偏振数据来约束宇宙学双折射，超越粒子物理学的标准模型的宇称违反示踪剂。为此，我们使用所有的偏振ACTpol光谱，包括温度各向异性和B模式偏振（TB）之间的互相关和E模式和B模式（EB）之间，这是最敏感的效果。我们建立具体的，所谓的D-估计双折射和评估其性能和误差预算，通过使用现实的蒙特卡罗模拟的基础上提供的实验特性的ACTpol合作。我们确定我们的分析的最佳多极范围是$250 < \ell < 3025$，在此范围内，我们发现均匀双折射角$α= 0.29^\circ \pm 0.28^\circ$（stat.）$\pm 0.5^\circ$（系统），后者的不确定性是由ACTpol小组公布的关于其全球系统误差预算的估计。我们表明，这一结果保持一致时，其他多极范围被认为是。最后，我们预测了几个即将到来的地基，气球和空间载CMB实验的能力，以限制双折射角，例如，如果所有的系统都在控制之下，建议的后普朗克COrE卫星任务原则上可以将$α$限制在10角秒的水平。在相同的情况下，我们发现COrE约束至少比其他实验所考虑的理想情况好2或3倍。
2016-10-13 astro-ph.CO
Anisotropic cosmic birefringence estimates for forthcoming CMB experiments
Università degli Studi di Catania（卡塔尼亚大学）；INFN - Sezione di Catania（意大利国家核物理研究所卡塔尼亚分部）；INAF - Osservatorio Astrofisico di Catania（意大利国家天体物理研究所卡塔尼亚天文台）
本文预测未来CMB实验对各向异性宇宙双折射的灵敏度，通过斑块定位技术重建旋转角，预计可将当前约束改善10-40倍，并给出95%置信水平下的振幅上限。
2026-10-06 astro-ph.CO
Planck PR4 (NPIPE) map-space cosmic birefringence
本研究针对宇宙双折射现象，利用图空间分析方法处理普朗克PR4（NPIPE）数据，测得SEVEM和Commander CMB图的$β$值，发现结果略高于此前研究，且存在需跟进的前景系统效应等迹象，未发现双折射偶极证据。
2025-02-11 astro-ph.CO
Probing cosmic birefringence with polarized Sunyaev-Zel'dovich tomography
如果暗能量和/或暗物质背后的物理违反了标准宇宙学范式中假设的宇称对称性，则宇宙微波背景（CMB）光子的线性偏振可以由于它们与暗扇区的耦合而旋转。最近的3个$σ$暗示了CMB偏振的EB光谱中的“宇宙双折射”，这促使我们追求新的方向来独立验证和表征信号。在这里，我们探讨的前景探测宇宙双折射的小尺度波动的CMB使用偏振Sunyaev-Zel 'dovich（pSZ）断层扫描。我们发现，pSZ可以用来推断宇宙双折射的红移依赖性，也有助于校准仪器的偏振方向。为了说明前景，我们表明，pSZ断层扫描可以探测类轴子暗能量模型与质量$m_ϕ\lesssim 10^{-32}$ eV与$\mathcal{O}(0.1)$度之间的再电离和重组的旋转。
2022-11-06 astro-ph.CO hep-ph
Future CMB constraints on cosmic birefringence and implications for fundamental physics
目前正在建造和提出的CMB偏振实验的主要科学目标是探测原始张量扰动。作为副产品，这些仪器将显着改善对宇宙双折射的约束，或CMB偏振平面的旋转。如果被令人信服地发现，宇宙双折射将是粒子物理学和宇宙学标准模型之外的物理学的戏剧性表现。我们预测了即将到来的地面西蒙斯天文台（SO）和天基LiteBIRD实验，以及“第四代”地面CMB实验（如CMB-S4和中等成本的空间任务PICO）的宇宙偏振旋转（CPR）的界限。我们研究的可检测性的随机各向异性旋转场和各向同性旋转由一个恒定的角度。CPR诱导新的相关性的CMB观测，包括宇称奇型的各向同性CPR的情况下，和模式耦合的各向异性旋转的情况下的相关性。我们发现，LiteBIRD和SO将使各向同性CPR上的1 $σ$结合从当前值30 arcmin分别减少到1.5和0.6 arcmin，而CMB-S4-like和PICO将使其减少到$\sim 0.1$ arcmin。尺度不变CPR谱的幅度上的界限将分别通过LiteBIRD、SO和CMB-S4-like/PICO减小1、2和3个数量级。我们讨论了预测CPR边界的赝标量场，原始磁场（PMF），违反洛伦兹不变性的影响。我们发现CMB-S4-like和PICO可以将标度不变PMF振幅上的1 $σ$束缚从1 nG降低到0.1 nG，同时还探测了银河系的磁场。它们也将显著改善轴子-光子耦合的边界，对弦论轴子施加严…
2019-07-10 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on Anisotropic Cosmic Birefringence from CMB B-mode Polarization
本研究利用SPTpol、ACT、POLARBEAR和BICEP的联合极化数据，通过超越薄最后散射面近似的精确理论，对宇宙微波背景B-模式极化中的各向异性宇宙双折射振幅进行了约束，给出了$A_{\ m CB} < 1 \ imes 10^{-4}$的95%置信水平上限。
2025-06-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Atacama Cosmology Telescope: Constraints on the anisotropic screening and birefringence effects with DR6
Arizona State University（亚利桑那州立大学）；Stanford University（斯坦福大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；Kavli Institute for Cosmology Cambridge（卡弗里宇宙学剑桥研究所）；CITA, University of Toronto（加拿大理论天体物理研究所，多伦多大学）；University of Southern California（南加州大学）；Pontificia Universidad Católica de Chile（智利天主教 Pontificia 大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
该研究利用ACT DR6 CMB数据，对各向异性屏蔽和宇宙双折射效应进行分析，未显著探测到两种效应，给出相关上限约束，为下一代地面CMB巡天的相关研究铺路。
2026-08-28 astro-ph.CO
Resolving the negative effective neutrino mass parameter with cosmic birefringence
University of Cambridge（剑桥大学）；The University of Tokyo（东京大学）
针对DESI与CMB观测在中微子质量上的张力，提出宇宙双折射（轴子类粒子，非零相位n）抑制再电离凸起，从而允许更高光学深度τ，同时解释低ℓ偏振谱和EB相关性，解决负有效中微子质量参数问题。
2025-10-23 astro-ph.CO
Improved Constraints on Cosmic Birefringence from the WMAP and Planck Cosmic Microwave Background Polarization Data
观测到的宇宙微波背景（CMB）光子的线偏振图样是空间坐标反演下物理学违反宇称对称性的一个灵敏的探针。一种新的宇称破坏相互作用可能使线偏振面旋转了一个角度$β$，因为CMB光子已经传播了130多亿年。这种效应被称为“宇宙双折射”。“在本文中，我们提出了新的测量宇宙双折射的联合分析偏振数据从两个空间任务，普朗克和WMAP。该数据集涵盖了从23到353 GHz的广泛频率范围。我们测量了$β= 0.342^{\circ\,+0.094^\circ}_{\phantom{\circ\,}-0.091^\circ}$（68% C.L.）对于几乎全天空的数据，其中不包括99.987% C. L.的$β=0$。这对应于$3.6σ$的统计学显著性。没有证据表明$β$具有频率依赖性。我们发现一个类似的结果，尽管有更大的不确定性，当从分析中删除银河平面。
2022-09-12 astro-ph.CO
Cosmic Birefringence by Dark Photon
本文研究了CMB光子与双折射暗光子间的动力学混合，发现该机制使暗光子的双折射传播至CMB光子并产生各向异性，同时揭示了动力学混合在生成CMB圆偏振和谱畸变中的关键作用。
2024-08-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Isotropic cosmic birefringence from an oscillating axion-like field
本文提出类轴子场在复合时期快速振荡产生各向同性宇宙双折射的新机制，通过引入不对称势避免传统模型的效应抵消，产生显著EB谱并衰减EE谱，为暗物质研究提供新方向。
2025-02-12 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Birefringence and the Geometric Phase of Photons
关于轴子电动力学在背景平坦FRW宇宙，我们表明，宇宙学双折射产生于绝热非循环几何相位，出现在光子的量子态，因为它们与轴子场的相互作用。我们还表明，轴子电动力学是等效的标准电动力学的时间依赖性双各向同性的磁电Tellegen媒体，它作为一个模拟系统，可以模拟宇宙学双折射。
2019-08-09 astro-ph.CO gr-qc
Cosmic Birefringence Test of the Hubble Tension
最近提出了一种由宇宙伪南武-戈德斯通玻色子组成的早期暗能量成分，以解决哈勃张力-宇宙膨胀率精确测量之间的四西格玛差异。在这里，我们指出，这样的轴子类组件可能会耦合到电磁的陈-西蒙斯项，从而诱导各向异性的宇宙双折射信号的偏振的宇宙微波背景（CMB）。我们发现，观测的旋转角功率谱和互相关与CMB温度各向异性可以确认这种早期暗能量成分的存在。正如CMB-S4实验所预期的那样，未来的宇宙微波背景数据将使这种效应的灵敏度提高两个数量级，并有助于区分不同的哈勃张力场景。
2019-09-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Kilobyte Cosmic Birefringence from ALP Domain Walls
没有弦的ALP畴壁可能在早期宇宙中形成。我们指出，这种ALP畴壁会导致宇宙微波背景（CMB）偏振的各向同性和各向异性双折射，这反映了复合时畴壁的空间配置。来自每个域的CMB光子的偏振平面要么根本不旋转，要么旋转固定角度。对于遵循缩放解的畴壁，CMB的宇宙双折射由信息的$2^{N}$（即$N$ -位）表征，其中$N = {\cal O}(10^{3-4})$等于最后散射表面处的畴的数目，因此名称为$kilobyte~ cosmic~ birefringence$。各向同性双折射的大小与最近报道的值是一致的，而各向异性的是由在最后的散射表面的域的结构。预测的宇宙双折射在ALP质量和光子耦合的宽范围内是普遍的。这两个信号的检测将是一个确凿的证据ALP域墙没有字符串。
2021-02-26 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
$nπ$ phase ambiguity of cosmic birefringence
本研究指出CMB宇宙双折射旋转角$β$具有$nπ$相位模糊性，并表明在类轴子粒子起源假设下，可利用各向异性双折射和角功率谱形状部分破除该模糊性，同时讨论实验约束。
2024-06-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Taller in the saddle: constraining CMB physics using saddle points
宇宙微波背景（CMB）温度（热点和冷点）极值点的统计在文献中已经得到了很好的探索，并已被用来约束早期宇宙的模型。在这里，我们将CMB中的临界点的研究扩展到去除极值后剩余的集合，即鞍点。我们执行堆栈的温度和偏振温度鞍点在CMB的模拟，以及从普朗克卫星的数据。然后，我们计算鞍点堆栈的理论配置文件，给定的基本功率谱的CMB。作为这样的堆栈的效用的一个例子，我们约束模型的宇宙双折射，并比较约束力的鞍点与极值点。我们发现，在双折射的具体例子中，我们可以在我们的分析中使用鞍点比使用极值更严格的约束。事实上，我们发现我们的鞍点分析产量接近最优约束，通过比较功率谱分析。因此，我们建议，在鞍点上的叠加，在一般情况下，是一个有用的方法来测试非标准的物理效应，改变CMB功率谱。
2019-03-04 astro-ph.CO
Gravitational birefringence of light at cosmological scales
1955年就预测到光的双折射不是由物质引起的，而是由电场的梯度引起的，并在2008年观测到。在这里，我们用膨胀宇宙的引力场代替电场。
2018-04-27 astro-ph.CO gr-qc
