Cosmic Imprints of XENON1T Axions
最近XENON 1 T观测到的电子反冲过剩有一个可能的解释，即太阳轴子与电子耦合。如果这样的轴子在重组时仍然是相对论性的，它们也会以额外辐射成分的形式留下宇宙印记，其参数是有效中微子数$ΔN_\text{eff}$。我们探索最小的情况下，在未来的CMB调查可检测到的信号：民主耦合到所有费米子的轴子，辐射产生的轴子-电子耦合，DFSZ框架的QCD轴子。对于所有情况，预测的$ΔN_\text{eff}$均大于$0.03-0.04$，接近CMB-S4实验的$2σ$预测灵敏度。这开启了用宇宙学观测来检验XENON 1 T过剩的太阳轴子解释的可能性。
2020-11-16 astro-ph.CO 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
Theorem: A Static Magnetic N-pole Becomes an Oscillating Electric N-pole in a Cosmic Axion Field
我们证明了经典的麦克斯韦方程组，包括轴子电磁异常源项，宇宙轴子场诱导振荡的电N-时刻的任何静态磁N-时刻。这是一个简单的结果，任何一个上过电动力学研究生一年级课程的人都可以得到。
2016-07-14 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Cosmic Birefringence from Monodromic Axion Dark Energy
最近报道的普朗克2018偏振数据中的非零各向同性双折射角为轴子的新物理学提供了诱人的暗示。在本文中，我们解释了这一点的弦论的动机轴子与monodromy潜在的暗能量的作用。在这种情况下，使用双折射测量和对暗能量状态方程的约束，我们发现一个上限的轴子衰减常数为$f_a \lesssim 10^{16}$ GeV。这自然地给出了一个GUT量级的能量标度，并解决了传统轴子暗能量模型的超普朗克场范围的理论问题。我们进一步研究了宇宙双折射对基本理论的影响，以及它对弦沼泽地结构的影响。最后，我们讨论了振荡功能的暗能量部门和预期的宇宙双折射层析成像。
2022-09-07 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational Waves and Dark Photon Dark Matter from Axion Rotations
在早期宇宙中，一个在场空间中旋转的轴子可以通过快子不稳定性产生暗光子。这种爆炸性粒子的产生创造了随机引力波的背景，可以在脉冲星定时阵列或其他引力波探测器上看到。这种情况为暗光子暗物质提供了一个新的历史。暗光子可能是温暖的，在未来的21厘米线调查中可以检测到。对于一个相容的宇宙学，包含轴子的复场的径向方向必须是热化的。我们详细探讨了一个具体的热化机制，并演示了这种设置可以负责所观察到的重子不对称性的产生。
2021-04-05 astro-ph.CO hep-ph
The Cosmological Heavy Ion Collider: Fast Thermalization after Cosmic Inflation
重离子对撞机揭示了“快速热化”过程。这一实验突破为研究弱耦合和强耦合下的热化过程提供了新的理论工具。我们将其应用于暴胀宇宙学的再加热时代，以及宇宙学夸克-胶子等离子体（QGP）的形成。我们计算了QGP在再加热时的热化时间，发现它由暴胀的能量标度和剪切粘滞熵比$η/s$决定，或者等价地由热化时的张量标量比和强耦合常数决定.热化在低尺度暴胀和强耦合系统中几乎是瞬间实现的，而在弱耦合系统或高尺度暴胀之后，热化则需要一个或小于一个e倍的膨胀。我们证明，膨胀的预测是强大的物理热化，并找到一个随机背景的引力波在干涉仪可访问的频率，虽然幅度很小。
2020-09-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Isotropic cosmic birefringence from string axion domain walls without cosmic strings, and DESI results
本文提出弦轴子畴壁在复合后形成可解释 ACT 等观测到的各向同性宇宙双折射，且山顶轴子的非谐效应可贡献暗能量并联系 DESI 结果。
2025-09-02 astro-ph.CO hep-ph
The Cosmic Axion Background
目前对宇宙轴子遗迹的搜寻主要依赖于非相对论性的轴子和构成暗物质。然而，在早期宇宙中可以大量产生轻轴子，并在今天保持相对论性，从而构成宇宙$\textit{axion}$背景（C $a$ B）。作为轴子源的典型例子，我们考虑热生产，暗物质衰变，参数共振和拓扑缺陷衰变。每一个都有一个特征频谱，可以在轴子直接探测实验中搜索。我们专注于轴子光子耦合和研究的灵敏度的当前和未来版本的ADMX，HAYSTAC，DMRadio，和ABRACADABRA的C $a$ B，发现在寻找暗物质收集的数据可以被重新利用，以检测轴子能量密度远低于所设定的限制由宇宙的能量预算的测量。通过这种方式，直接探测相对论遗迹提供了一个强大的新机会来了解早期宇宙，并有可能发现轴子。
2022-11-09 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Axions and high-energy cosmic rays: Can the relic axion density be measured?
在以前的工作中，我们研究了快速移动的带电粒子在空间常数，但缓慢的时间依赖性的赝标量背景，如冷遗迹轴子提供的传播。背景辐射导致宇宙射线在低能谱中辐射。虽然这种机制对初级宇宙射线造成的能量损失可以忽略不计，但我们研究了辐射光子的假设探测以及它们如何提供一种间接的方式来验证轴子的宇宙学相关性。假设宇宙线通量的形式为J（E）~ E^-g，我们发现辐射的能量对于质子原色遵循k^-（（g-1）/2）分布，与作为主要背景的银河系同步辐射相同，对于电子原色遵循k^-（g/2）分布，尽管衰减更剧烈，但电子原色在低能谱中提供了主要贡献。我们讨论了可能的方法来检测这个小弥漫的贡献。在强大的宇宙射线发射体附近进行局部探测也是可能的。
2011-01-26 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Breakdown of chiral perturbation theory for the axion hot dark matter bound
我们表明，通常采用的热暗物质（HDM）的轴子质量$m_a \lesssim$ 1 eV的约束是不可靠的，因为它是通过外推的手征膨胀的区域中的有效场论故障。这是明确显示，通过计算的轴子π热化率在下一个领先的手征微扰理论。最后，我们提出了一种通过格点量子色动力学技术来提取轴子HDM束缚的方法。
2021-05-21 astro-ph.CO hep-lat hep-ph
Comments on Axions, Domain Walls, and Cosmic Strings
一段时间以来，轴子一直被认为是暗物质的可能候选者。它们可以通过错位产生，但有人认为，当暴胀发生在佩西-奎因跃迁之前时，宇宙弦可以产生可观的产物。这是广泛模拟的主题。但我们有理由怀疑轴子弦的可能作用。我们回顾和阐述这些问题，并认为参数字符串已经占随机错位角的假设。我们回顾和阐述这些问题，并提供了几个定性的参数字符串已经占随机错位角的假设参数。这些论点是基于弦解的集体模式的考虑，在特定模型中轴子辐射的计算，以及模拟的回顾。
2021-11-18 astro-ph.CO hep-ph
B-modes from Post-inflationary Gravitational Waves Sourced by Axionic Instabilities at Cosmic Reionization
我们发现，轴子类粒子，只耦合到不可见的暗光子可以产生可见的B模式信号周围的再电离时代。轴子场在再电离前不久开始滚动，导致暗光子的快子不稳定性。这就产生了一个指数增长的暗光子量子源标量度规模式和引力波，留下一个印记的再电离重子。张量模式修改宇宙微波背景（CMB）的极化在再电离，产生可见的B模式签名的下一代CMB实验的参数范围，满足目前的实验约束。
2021-11-08 astro-ph.CO hep-ph
Implications of mixed axion/neutralino dark matter for the Cosmic Frontier: a Snowmass whitepaper
如果我们同时使用超对称解来解决规范层次问题和PQ解来解决强CP问题，那么我们可能会期待混合的轴子/中性伴暗物质（DM），即两个暗物质粒子。在这种情况下，暗物质的产生包括轴子的振荡产生、热中性伴子和非热中性伴子的产生以及轴子和轴子的热中性伴子和非热中性伴子的产生。后一种粒子可能会将额外的中性伴子送入宇宙汤中，或者通过额外的熵产生来稀释所有的遗迹，或者将暗辐射送入宇宙。根据超对称性和PQ模型，PQ尺度可以很容易地存在于10^9-10^{16} GeV之间。轴子可能远远超出目前实验所探测的范围。在遗留的WIMP的情况下，理论预测必须重新调整的可能性，WIMP只包括一小部分的本地DM丰度。
2013-06-17 astro-ph.CO hep-ph
Non-equilibrium dynamics of Axion-like particles: the quantum master equation
研究了类轴子粒子（ALP）在热平衡条件下与标准模型自由度耦合的非平衡动力学。（ALP）约化密度矩阵的量子主方程（QME）被导出为（ALP）与热浴耦合中的前导阶，但导出为浴耦合的\emph{all}阶，自由度在（ALP）之外的标准模型之内或之外。的（QME）描述了阻尼振荡动力学的初始错位（ALP）冷凝，热化浴，退相干和熵产生在一个统一的框架内。（ALP）能量密度$\mathcal{E}(t)$有两个组成部分：一个是来自未对准冷凝物的“冷”部分，另一个是来自浴热化的“热”部分，因此$\mathcal{E}(t)= \mathcal{E}_{c}\,e^{-γ(T)\,t}+\mathcal{E}_{h}(1-e^{-γ(T)\,t})$提供了一个"混合暗物质"的场景。在相似的时间尺度上发生的（ALP）冷凝，热化，退相干和熵产生的松弛。一个明确的例子与（ALP）-光子耦合，有效的后复合产生的弛豫速率$γ(T)$从热发射和吸收的实质性增强。一个未对准的凝聚体至少在与宇宙微波背景（CMB）复合和在同一时间尺度上热化后开始衰变。双折射的（CMB）和（ALP）的超相对论性物种和星系形成的有效数量的贡献的可能后果进行了讨论。
2023-03-13 astro-ph.CO cond-mat.other hep-ph
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
Constraints on axions from patchy screening of the cosmic microwave background
本研究利用普朗克卫星CMB观测数据构建轴子斑驳屏蔽图，与unWISE星系巡天数据互相关未发现轴子证据，在95%置信水平下约束了特定质量范围轴子的光子耦合，补充了现有轴子搜寻方法。
2024-09-16 astro-ph.CO hep-ph
Accelerated cosmic expansion, mass creation, and the QCD axion
本研究提出由隐藏规范群轴子场能量密度持续创生驱动宇宙加速膨胀的机制，通过其与构成暗物质的QCD轴子的能级交叉生成初始能量密度，为宇宙巧合疑难提供新解。
2025-05-21 astro-ph.CO hep-ph
Multimodal axion emissions from Abelian-Higgs cosmic strings
Frontier Research Institute for Interdisciplinary Sciences, Tohoku University（东北大学前沿跨学科研究院）；Department of Physics, Tohoku University（东北大学物理系）；Cosmology, Gravity, and Astroparticle Physics Group, Center for Theoretical Physics of the Universe, Institute for Basic Science (IBS)（基础科学研究院宇宙理论物理中心宇宙学、引力与天体粒子物理组）
研究通过宇宙弦碰撞产生轴子，发现低能和高能区域均有轴子发射，其中低能轴子可解释冷暗物质，高能轴子可作为暗辐射，GeV级轴子可解释暗物质丰度并预测可观测暗辐射。
2026-04-28 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Classicality and Quantum Break-Time for Cosmic Axions
我们调查的长度的有效期的经典描述的宇宙轴子场。为此，我们首先表明，我们可以理解的振荡轴子解决方案的期望值在一个潜在的相干量子态。一旦我们考虑了轴子的自相互作用，量子态就会演化，使得它的期望值开始偏离经典解。这个过程的时间尺度定义了量子破裂时间。对于我们宇宙中假设的暗物质轴子场，我们证明了量子破裂时间超过宇宙年龄许多数量级。这一结论与轴子模型的具体性质无关。因此，基于振荡宇宙轴子场的经典近似的实验搜索是完全合理的。此外，我们指出，经典非线性和真正的量子效应的区别是至关重要的计算在任何系统的量子破缺时间。我们的分析也可以适用于其他类型的暗物质，被描述为经典流体的平均场近似。
2017-10-02 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Axion Dark Matter from Cosmic String Network
通过晶格模拟研究后暴胀宇宙弦辐射轴子暗物质丰度，确认对数标度行为，提出新型弦识别方法并推导轴子质量下限。
2024-07-16 astro-ph.CO hep-ph
Searching for a 0.1-1 keV Cosmic Axion Background
弦论模在z \sim 10^{12}处的原初衰变自然会产生能量为0.1 - 1 keV的暗辐射宇宙轴子背景（CAB）。这种CAB可以通过天体物理磁场中的轴子-光子转换来探测，从而在极紫外和软X射线波段产生准热过剩。即使对于\ll 10^{-11} GeV^{-1}的轴子-光子耦合，也可以产生实质性的和可观察的光度。我们认为轴子-光子转换可以解释观测到的星系团中软X射线的过量发射，也可能对弥散未分辨的宇宙X射线背景有贡献。我们列出了一些相关的预测的情况。
2014-05-23 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Far from equilibrium dynamics of Bose-Einstein condensation for Axion Dark Matter
轴子和类似的相互作用非常弱的粒子越来越成为宇宙中冷暗物质的有力候选者。轴子的质量非常低，在早期宇宙中以非热的方式产生，其特征是占据数非常高。有人认为这会导致玻色-爱因斯坦凝聚体的形成，对观测和直接探测实验有潜在的重大影响。在本文中，我们的目的是澄清，如果玻色-爱因斯坦凝聚发生在光和非常弱的相互作用暗物质粒子，它不会发生在热平衡，但描述了一个远离平衡态。特别是，我们指出，动态的特点是由两个非常不同的时间尺度，使冷凝发生在一个更短的时间尺度比充分热化。
2015-01-09 astro-ph.CO hep-ph
Implications of the Cosmic Birefringence Measurement for the Axion Dark Matter Search
我们表明，最近的宇宙双折射效应的约束，由于暗能量可以与约束的耦合的轴子暗物质的光子，依靠一个简单的模型的两个轴子对齐机制与周期性的潜力。由于电势的排列，两个场的一个线性组合提供了一个几乎平坦的方向，并作为暗能量，而另一个组合提供了一个陡峭的方向，并作为暗物质。这个方案解决了已知的暗能量单场模型的概念问题，并预测了我们宇宙暗区上看似不同的约束之间的联系。
2022-10-10 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Cosmic infrared background excess from axion-like particles and implications for multi-messenger observations of blazars
CIBER实验中在0.8-1.7 $μ\rm{m}$处的漫射背景光谱的首次测量显示，与理论预期的光谱相比，宇宙红外背景辐射（CIB）明显过量。我们重新审视的假设，类轴子粒子（ALP）的衰变可以解释这种过剩，扩展以前的分析的情况下，一个温暖的遗物人口。我们表明，这样的情况是不排除各向异性测量，也不是恒星冷却参数。此外，我们发现，增加的河外背景光（EBL）并不矛盾的观测耀变体光谱。此外，EBL的增加衰减的扩散TeV的伽马射线通量和探测到的中微子和伽马射线通量之间的紧张局势。
2019-01-03 astro-ph.CO hep-ph
Axions and Cosmic Magnetic Fields
本研究提出轴子暗物质与电磁耦合可在轴子场初始滚动时产生指数增长的螺旋磁场，并通过纳入自感的修正Ohm定律解释其增长机制。
2023-07-14 astro-ph.CO hep-ph
Cosmic implications of a low-scale solution to the axion domain wall problem
Peccei-Quinn（PQ）对称性的后暴胀破缺可以导致宇宙畴壁灾难。在这封信中，我们将展示如何避免畴壁实现的瞬子干涉效应（IIE）与一个新的相互作用，它本身打破PQ对称性和限制在一个能量尺度小于$Λ_{QCD}$。我们给出了一个一般性的描述的机制，并考虑其宇宙学的影响和限制在一个极小模型。与其他机制相反，我们不需要逆相变，也不需要微调偏置项。顺便说一句，该机制导致引入新的自相互作用暗物质候选者，并有可能在SKA的频率范围内产生引力波。除非引入微调的隐藏扇区，否则该机制预测质量范围为$1\text{ meV}-15\text{ meV}$的QCD轴子。
2019-09-26 astro-ph.CO hep-ph
Axion-Induced Patchy Screening of the Cosmic Microwave Background
本研究计算了轴子诱导的CMB斑块状屏蔽对相关函数的贡献，并预测了现有及未来巡天对光子-轴子耦合的灵敏度，表明与unWISE结合可探测至3×10⁻¹² GeV⁻¹，CMB-S4可再扩展近一个数量级。
2024-11-11 astro-ph.CO hep-ph
Anisotropies in Non-Thermal Distortions of Cosmic Light from Photon-Axion Conversion
与光子耦合足够强的超轻轴子可以在背景磁场存在的情况下与宇宙光混合，以不同的频率在天空中留下印记。我们探索这种方向依赖的灰体扭曲的CMB光谱，增强了IGM等离子体中的共振条件。我们还发现，如果这样的轴子是在早期宇宙中产生的，并且代表了今天的次主导暗辐射成分，那么它们可以在超级空洞中转换为X射线，并以X射线频率使它们变亮。
2015-01-07 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Axions and Cosmic Rays
本文研究了带电粒子在空间常数但时间依赖的赝标背景中的传播。物理上，这种赝标量背景可以由残余轴子密度提供。背景导致洛伦兹不变性的显式破坏;因此，诸如$p\to p γ$或$e\to e γ$的过程在某些运动学约束内是可能的。这一现象描述的QED拉格朗日扩展与陈-西蒙斯项，其中包含一个4-向量，其特征在于打破洛伦兹不变性诱导的时间依赖性的背景。虽然感应的辐射（类似于切伦科夫效应）太小，不足以以显著的方式影响宇宙射线的传播，但假设通过这种机制探测到高能宇宙射线辐射的光子，将提供一种间接的方式来验证轴子的宇宙学相关性。我们讨论了影响的数量级。
2010-10-18 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Cosmic Birefringence and Electroweak Axion Dark Energy
以最近报道的宇宙微波背景线极化$β=0.35\pm0.14{\rm\, deg}$的非零旋转角作为一个伪Nambu-Goldstone玻色子精髓暗能量（DE）的线索，研究了由EW瞬子产生轴子质量的EW轴子精髓DE模型.我们发现，$β$的观测值意味着一个非平凡的$U(1)$电磁异常系数（$c_γ$），一旦电流约束的DE状态方程也考虑在内。借助于实验推断的$c_γ$激发的模型的假设高能结构，该模型被证明能够对当前状态方程（$w_{\rm DE,0}$）的精华DE作出预测。这有望使我们的方案与宇宙学常数（$w=-1$）相比是可区分的，并且当未来测量$w_{\rm DE,0}$的误差降低到$\mathcal{O}(1)\%$水平（$δw=\mathcal{O}(10^{-2})$）时，我们的方案是可检验的。
2021-06-23 astro-ph.CO hep-ph
Cosmic strings and domain walls of the QCD quark condensate with and without a hidden axion
本文研究QCD夸克凝聚体形成的轴子型弦-壁系统，指出其独立于隐藏轴子存在并可能主导早期宇宙演化，同时分析了费米子零模、反常流入及其在QCD相变和重离子物理中的意义。
2025-05-06 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Bose-Einstein Condensation of Dark Matter Axions
我们表明，冷的暗物质轴子热化并形成玻色-爱因斯坦凝聚体。我们得到了均匀各向同性宇宙中的轴子态，并导出了轴子小微扰方程。因为它们形成BEC，轴子在结构形成的非线性状态和进入视界时不同于普通的冷暗物质。轴子BEC提供了一种机制，生产净整体旋转的暗物质晕，并为宇宙微波各向异性多极的排列。
2009-09-02 astro-ph.CO cond-mat.stat-mech hep-ph
Periodic Fast Radio Bursts from Axion Emission by Cosmic Superstrings
我们认为FRB 180916.J0158+65的周期性快速射电暴来源于宇宙超弦的轴子发射（质量为$m_{a} \sim 10^{-14}$ eV）。一些发射出的轴子在沿着视线到达地球时被磁场转化为光子。轴子发射的脉冲爆发产生通常持续数毫秒的光子信号，并以观察到的方式随频率变化。我们发现宇宙弦网络模型中的一系列参数与FRB 180916.J0158+65的性质一致。我们建议后续的引力波观测来检验我们的模型。
2020-03-16 astro-ph.CO hep-th
Probing ultra-light axions with the 21-cm Signal during Cosmic Dawn
超轻轴子（ULAs）是一组有希望和有趣的暗物质候选者。我们研究的前景，使用即将到来的测量21厘米波动从宇宙黎明探测紫外线。我们特别关注的速度声振荡（VAOs）在大规模的21厘米的功率谱，特征印记的长波长（$k\sim0.1\,{\rm Mpc}^{-1}$）调制，暗物质-重子的相对速度，小规模（$k\sim 10-10^3\, {\rm Mpc}^{-1}$）的功率需要产生的恒星，加热中性氢。ULAs对小尺度能量的阻尼降低了宇宙黎明时的恒星形成率，从而导致VAO振幅降低。考虑到反馈和前景的不同假设，HERA等实验可能对质量高达$m_α\approx 10^{-18}\text{eV}$的ULA敏感，这比当前的限制高出二十倍。
2022-09-05 astro-ph.CO hep-ph
Cosmic Birefringence from CP-Violating Axion Interactions
本研究提出带CP破坏耦合的超轻轴子可通过核子密度源项稳定产生宇宙CMB偏振面旋转的双折射信号，利用Planck和WMAP数据将相关相互作用的约束提升最高三个数量级，并探讨了模型紫外完备化与避免精细调节的方案。
2024-08-12 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Primordial Black Hole and Gravitational Wave by Peaked Cosmic Perturbations from Axion Curvaton
The University of Chicago（芝加哥大学）；The University of Tokyo（东京大学）；Nankai University（南开大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文证明轴子场通过暴胀动力学产生中间波数尖峰扰动，经曲率场机制生成引力波与原初黑洞，其谱呈三角形，可解释全部暗物质，并提供多信使检验。
2026-10-02 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on Axions from Cosmic Distance Measurements
在宇宙中存在磁场的情况下，轴子与光子的耦合可以引起光子-轴子转换。这种转换可能会以不同的方式影响各种宇宙距离测量，例如Ia型超新星的光度距离和星系团的角距离。在本文中，我们考虑最新的距离测量的不同组合来约束轴子-光子耦合。采用星系际介质（IGM）的守恒胞磁场模型，忽略团内介质（ICM）的磁场转换，我们发现轴子-光子耦合的上界在$5 \times 10^{-12}$附近（nG/ $B$）$\sqrt{\mathrm{Mpc/s}}$ GeV $^{-1}$，其中$10^{-13}$是IGM磁场的强度，而$s$是磁畴的共动尺寸。当在ICM中包括转换时，上限降低，并且对于$m_a < 5 \times 10^{-12}$ eV可以达到$5 \times 10^{-13}\, $ GeV $^{-1}$。虽然这个更强的边界依赖于ICM模型，但它与IGM磁场的强度无关，目前还没有直接的证据。通过加强对与IGM和ICM相关的天体物理不确定性的理解和控制，这些约束可以建立在更坚实的基础上。所有的界限都是由哈勃速率的形状决定的，它是从各种距离测量中重建的红移的函数，对今天的哈勃速率不敏感，早期和晚期的宇宙学测量之间存在着紧张关系。作为附录，我们讨论了使用光子-轴子转换使Ia型超新星更亮以缓解哈勃问题/危机的模型构建挑战。
2022-02-15 astro-ph.CO hep-ph
Detection of isotropic cosmic birefringence and its implications for axion-like particles including dark energy
通过分析普朗克2018年的偏振数据，我们研究了具有不同势能的类轴子粒子（ALP）解释最近报道的各向同性双折射的可能性。对于二次势和余弦势，我们得到了产生所观察到的双折射的ALP的质量、与光子的耦合常数$g$、丰度和状态方程的下界。特别是当ALP是暗能量的来源时，可以通过宇宙双折射来探测暗能量状态方程与$-1$之间的微小偏差。我们还探讨了作为早期暗能量（EDE）的ALP，它解释了哈勃望远镜的张力问题。由于其他参数受到EDE要求的限制，我们将ALP-光子耦合缩小到$10^{-19}\, {\rm GeV}^{-1}\lesssim g\lesssim 10^{-16}\, {\rm GeV}^{-1}$，以获得衰减常数$f=M_\mathrm{pl}$。因此，哈勃张力和各向同性双折射意味着$g$通常是$f^{-1}$的数量级，这是一个非平凡的巧合。
2021-05-18 astro-ph.CO hep-ph
Probing the Blue Axion with Cosmic Optical Background Anisotropies
提出通过宇宙光学背景各向异性探测质量约5-25 eV的“蓝色轴子”，建议新频率测量以提升寿命限制，并指出线强度映射实验对冷暗物质和热遗迹轴子的探测潜力。
2024-07-24 astro-ph.CO hep-ph
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
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
Axion absorption and the spin temperature of primordial hydrogen
EDGES实验观测到的宇宙微波背景光谱中的吸收凹陷表明，在宇宙红移z ~ 17处，氢自旋温度出现了无法解释的降低。暗物质轴子的质量可以对应于三重态（H1）和单重态（H 0）之间5.9微电子伏特的超精细分裂。我们用两种方法计算了a+ H 0 H1的速率<->，发现它比CMB介导的跃迁速率小几个数量级，因此无关紧要。因此，这个过程不能用来排除质量=超精细分裂的暗物质轴子。然而，轴子速率有一些有趣的特征，例如，总的来说，它加热了自旋温度，而轴子与质子和电子的耦合也有同样的贡献。
2019-01-20 astro-ph.CO hep-ph
Testing charge quantization with axion string-induced cosmic birefringence
本文提出利用散射变换分析宇宙微波背景偏振旋转，直接测量Peccei-Quinn-电磁反常系数$\mathcal A$，打破传统功率谱分析中的参数简并，从而检验电荷量子化并探索超越标准模型的新物理。
2023-06-20 astro-ph.CO hep-ph
Cosmic String in Abelian-Higgs Model with Enhanced Symmetry -- Implication to the Axion Domain-Wall Problem --
在我们以前的工作中，我们在具有增强的$U(1)$整体对称性的阿贝尔-希格斯模型中发现了新类型的宇宙弦解。我们把这些解称为补偿/非补偿弦。补偿弦类似于Abrikosov-Nielsen-Olesen（ANO）弦中的常规宇宙弦，只有可能的Nambu-Goldstone（NG）玻色子缠绕在其周围。另一方面，物理NG玻色子也缠绕在未补偿的弦周围，其中物理NG玻色子与增强对称性的自发破缺有关。我们以前在2+1维时空中的模拟证实了补偿弦和未补偿弦都是在对称性破缺的相变形成的。物理NG玻色子在弦周围的非平凡缠绕可能会导致所谓的轴子畴壁问题，当模型应用于轴子模型时。本文在3+1维时空中进行模拟，讨论了未补偿弦的命运。我们观察到，在3+1维模拟中的弦网络的演变是非常复杂的，在以前的模拟相比。尽管有这样的复杂性，我们发现，未补偿的字符串，这可能会导致的数量可以高度抑制在晚些时候。我们的观察表明，目前的设置可以适用于轴子模型，而不会遭受轴子畴壁问题。
2020-09-06 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Axion-like particles from primordial black holes shining through the Universe
我们考虑一个宇宙学的情况下，非常早期的宇宙经历了一个短暂的时代，由于形成了大量的原始黑洞（PBH）的质量$M \lesssim 10^{9}\,\textrm{g}$，大爆炸核合成之前蒸发的物质统治。在这种情况下，霍金辐射将是一种非热机制，产生类轴子粒子（ALP）的宇宙背景。我们假设这些ALP只与光子耦合的最小场景。在超轻ALP（$m_a \lesssim 10^{-9}\,\textrm{eV}$）的情况下，宇宙磁场可能会触发ALP-光子转换，而对于质量$m_a \gtrsim 10\,\textrm{eV}$，光子对中的自发ALP衰变将是有效的。我们研究了这些机制对宇宙X射线背景的影响，对星系团中X射线光度过剩的影响，以及对宇宙再电离过程的影响。
2021-09-02 astro-ph.CO hep-ph
Topics in the phenomenology of axions: the cases of cosmic strings and superradiance
University of Florida（佛罗里达大学）
本论文研究轴子现象学的两个案例：宇宙弦的轴子发射及黑洞周围的超辐射引力原子，推导相关物理量的解析公式并确定未来引力波探测的有望系统。
2026-08-26 astro-ph.CO hep-ph
Partial Ly$α$ thermalization in an analytic nonlinear diffusion model
本文提出用可解析求解的非线性扩散模型研究复合时期莱曼α发射的部分热化，发现热化后的Ly-α谱线振幅过低，无法在宇宙微波谱中观测到，与普朗克观测一致。
2024-02-17 astro-ph.CO
Cosmic Simulations of Axion String-Wall Networks: Probing Dark Matter and Gravitational Waves for Discovery
本研究通过三维晶格模拟早期宇宙轴子弦-壁网络，更新轴子暗物质遗迹丰度，分析不同情形下的引力波谱特征，得出QCD轴子引力波不可探测、类轴子粒子在特定质量范围对应纳赫兹至毫赫兹频段存在可探测引力波信号的结论。
2024-10-10 astro-ph.CO hep-lat hep-ph
Novel Physics with International Pulsar Timing Array: Axionlike Particles, Domain Walls and Cosmic Strings
在NANOGrav之后，IPTA合作也报告了随机引力波背景的强有力证据。这一暗示对基础物理学有着非常重要的意义。利用IPTA最近公布的第二批数据，我们试图寻找光的新物理信号。并对可听轴子、畴壁和宇宙弦模型给出了新的约束。我们发现，对应于衰变常数$F\approx5\times10^{17}$ GeV和轴子质量$m_a\approx2\times10^{-13}$ eV从NANOGrav数据的最佳拟合点被排除由IPTA在超过$2σ$置信水平。固定耦合强度$λ=1$，我们得到了$Z_2$对称性破缺尺度$η>135$ TeV的一个$2σ$下界.有趣的是，我们在$1σ$置信水平上对宇宙弦张力$\mathrm{log}_{10}\,Gμ=-8.93_{-0.06}^{+0.12}$给出了很强的限制。利用贝叶斯因子规则，我们发现IPTA数据分别对不相关的共同幂律（CPL）模型比可听轴子、域壁和宇宙弦具有中等、强烈和不确定的偏好。这意味着目前的观测很难将CPL与宇宙弦区分开来，需要更多高精度的脉冲星计时数据来提供潜在物理的新线索。
2022-03-21 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
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
Interpreting Cosmic Birefringence and DESI Data with Evolving Axion in $Λ$CDM
针对宇宙观测与标准$\Lambda$CDM模型的矛盾，提出基于动力学轴子场的统一框架，可同时解释宇宙双折射与暗能量状态方程偏离，参数自然且契合观测数据。
2025-08-01 astro-ph.CO hep-ph hep-th
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
Cosmic Axion Spin Precession Experiment (CASPEr)
我们提出了一个寻找QCD轴子和类轴子粒子（ALP）暗物质的实验。与背景轴子暗物质相互作用的原子核获得随时间变化的CP奇核矩，例如电偶极矩。与核磁共振类似，这些力矩在存在电场的情况下引起材料样品中的核自旋的进动。精确的磁力测量可以用来寻找这种进动。该实验的初始阶段可以覆盖ALP参数空间中超出当前天体物理和实验室限制的许多数量级。利用现有的技术，我们提出的实验方案对QCD轴子质量m_a < 10^-9 eV具有灵敏度，对应于理论上合理的轴子衰变常数f_a > 10^16 GeV。经过进一步的改进，这个实验最终可以覆盖质量m_a < 10^-6 eV的整个范围，这是对腔搜索的补充。
2014-05-29 astro-ph.CO cond-mat.other hep-ex
Poly-instanton axion inflation
本文研究了在II型超弦理论中由多瞬子效应导出的轴子暴胀模型。多瞬子效应是由另一个瞬子修正的瞬子效应，它能产生具有双指数函数的模轴子势。虽然轴子有一个小值周期，但这个势可以有一个平坦的区域，因为它的导数被非微扰效应指数抑制。从宇宙暴胀的观点来看，这种势是有趣的。本文用数值方法研究了实现宇宙暴胀的可能性。我们还研究了它们的光谱指数和其他宇宙学观测值，数值。
2017-05-11 astro-ph.CO hep-ph hep-th
