Axions and Axion-like particles: collider searches
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；University of Southampton（南安普顿大学）
本文系统综述了对撞机搜寻类轴子粒子的唯象学，介绍其理论来源、有效场论描述、主要产生衰变道及间接探测方法，为初学者提供入门参考。
2026-10-28 hep-ph
Axion-like ALPs
本文通过强制施加真正的类轴子性质，构建了更具约束性的ALP有效场论，为在 collider 和低能实验中寻找ALP提供了理想的基准场景。
2023-03-10 hep-ph
The ALPs from the Top: Searching for long lived axion-like particles from exotic top decays
我们提出了一个搜索长寿命的类轴子粒子（ALP）在异国情调的顶部衰变。风味违反ALP出现作为各种新的物理场景，如t通道暗区或Froggatt-Nielsen模型的低能量有效的理论。在这种情况下，顶夸克可能衰变为ALP和上夸克或粲夸克。对于在几个GeV范围内的群众，ALP是长期生活在大多数可行的参数空间，建议专门的搜索。我们建议在$t\bar{t}$事件中寻找这些长寿的ALP，使用一个顶夸克作为触发。我们研究了强子量热计中的ALP衰变，指出电磁量热计和强子量热计中的能量沉积比以及径迹否决可以有效地抑制标准模型背景.我们提出的搜索可以探测外来的顶部分支比小于$10^{-4}$与保守的策略在即将到来的LHC运行，并可能低于$10^{-7}$水平与更先进的方法。最后，我们还表明，测量单顶生产探针这些分支比在很短和很长的寿命限制在$10^{-3}$水平。
2022-10-20 hep-ph
Phenomenological Aspects of Axion-Like Particles in Cosmology and Astrophysics
宇宙学和粒子物理学今天比以往任何时候都更接近，在宇宙学，粒子物理学和场论之间的界面上进行了一些研究。暗物质（DM）之谜是这些领域之间最常见的未解决问题之一。基于许多天体物理学和宇宙学的观测，现在已经确定，宇宙的总物质含量中只有一小部分是由重子物质组成的，而绝大多数是由暗物质组成的。然而，这种成分的性质仍然未知。一个理论上动机良好的理解暗物质的性质的方法是通过寻找暗物质的轻赝标量候选者，如轴子和类轴子粒子（ALP）。轴子是量子色动力学（QCD）中强CP（电荷宇称）问题的Peccei-Quinn（PQ）解的假想基本粒子。此外，粒子物理学的标准模型（SMPP）的许多理论上有充分动机的扩展预测了更多类似于QCD轴子的赝标量粒子的存在，称为ALP。轴子和ALP的特征在于它们与两个光子的耦合。虽然轴子的耦合参数与轴子质量有关，但耦合参数与ALP的质量之间没有直接关系。然而，预计ALP共享相同的轴子现象。在过去的几年里，轴子和ALP重新流行，并慢慢成为最有吸引力的候选人之一，可能有助于宇宙的暗物质密度。在这篇论文中，我们着重研究轴子和ALP与光子的相互作用，以限制它们的一些性质。
2022-03-11 astro-ph.HE hep-ph
The Photophobic ALP
我们探讨了一个类轴子粒子（ALP），轴子的耦合光子最大限度地抑制没有微调的基本参数的模型和现象。我们表明，憎水可以是ALP模型的一个自然的UV属性，并确定不可约的耦合憎水ALP的光子引起的违反轴子移位对称性。疏磁轴子的签名是从根本上不同于那些典型的碱性磷酸酶，是特别感兴趣的基于对撞机的实验，其中标准模型摩擦子测量提供了一个显着的探针在更高的质量。各种各样的地面和天体物理测量约束的参数空间的憎水ALP，虽然边界通常是弱得多的典型ALP相比。我们讨论的影响粒子生产弛豫模型的基础上，憎水的ALP，发现他们在温和的紧张局势与现有的实验约束。
2018-09-13 hep-ph
The Quest for an Intermediate-Scale Accidental Axion and Further ALPs
最近探测到的宇宙微波背景偏振计实验BICEP 2的张量波动的B模式功率谱基本上排除了所有合理的轴子模型，其衰变常数是$10^{13}$ GeV以上。此外，有强大的理论，天体物理学和宇宙学的动机模型，涉及，除了轴子，也轴子状粒子（ALP），衰变常数在中间尺度范围内，之间的$10^9$ GeV和$10^{13}$ GeV。在这里，我们提出了一个一般性的分析模型与轴子和进一步的ALP和推导出的轴子和ALP光子（和电子）耦合的相对大小的界限。我们讨论了我们可以从测量的轴子和ALP光子耦合的基本参数的基础紫外线完成的理论。对于后者，我们考虑扩展的标准模型，其中的轴子和ALP（s）出现作为伪南武-戈德斯通玻色子从全球手征$U(1)$（Peccei-Quinn（PQ））对称性的破坏，意外地发生从精确的离散对称性的低能量残余。在这样的模型中，轴子和进一步的ALP被保护免受灾难性的显式对称性破缺的影响，由于普朗克尺度抑制运营商。考虑的情况下，利用重右手中微子得到他们的质量通过PQ对称性破缺，从而解释了小质量的活性中微子通过电弱和中间PQ对称性破缺规模之间的跷跷板关系。我们展示了一些模型，可以同时容纳一个轴子暗物质的候选人，ALP解释宇宙的异常透明度$γ$ -射线，和ALP解释最近报道的3.55千电子伏的伽马线从星系和星系团，如果各自的衰变常数是中等规模。
2014-06-09 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Aspects of Axions and ALPs Phenomenology
本文概述轴子与类轴子粒子（ALPs）现象学的最新进展，重点讨论轴子参数空间中值得实验搜寻的有动机区域的定义，为相关实验探索提供方向参考。
2022-05-13 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Generation of Axion-Like Couplings via Quantum Corrections in a Lorentz Violating Background
轻赝标量，或称类轴子粒子（axion like particles，ALPs），由于其与粒子物理、天体物理和宇宙学领域的潜在相关性而被广泛研究。从目前的实验研究的角度来看，最相关的耦合的ALP是光子：在这项工作中，我们研究了这种耦合的产生作为量子校正的影响，起源于一个潜在的洛伦兹违反背景。最有趣的是，我们表明，这样产生的相互作用原来是洛伦兹不变的，从而模仿标准的ALP耦合到光子，在实验中考虑。这种考虑意味着，时空对称性的破坏，作为非常高能量尺度下物理学的可能结果而被研究得很多，可能会以意想不到的方式渗透到物理学的其他领域。此外，我们推测，类似的机制也可以产生洛伦兹不变耦合涉及标量粒子和光子，发挥了可能的作用，在希格斯玻色子的现象。
2014-01-24 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
Searching for Axion-Like Particles with X-ray Polarimeters
X射线望远镜是寻找新的基础物理学的一种特殊工具。特别是，X射线观测已经在光子和类轴子粒子（ALP）之间的相互作用上设定了世界领先的界限。ALP是一种由弦论模型激发的假想的新超轻粒子。它们还可以充当暗物质和暗能量，并为强CP问题提供解决方案。在背景磁场中，ALP和光子可以相互转换。这将导致能量依赖调制的通量和偏振的点源的光谱照射通过大磁场。下一代偏振X射线望远镜将为ALP提供新的探测可能性。在这里，我们提出的技术和投影边界搜索ALP与X射线偏振。我们表明，即将到来的X射线偏振测量任务有可能把世界领先的边界上的阿尔卑斯山。
2018-04-10 astro-ph.HE 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
Effects of Electroweak Symmetry Breaking on Axion Like Particles as Dark Matter
本文研究电弱对称性破缺通过高阶希格斯门户相互作用对类轴子粒子暗物质演化的影响，发现其部分贡献ALP质量并改变振荡频率，从而拓宽了满足遗迹丰度的参数空间，为未来实验探测提供了新可能。
2024-05-06 hep-ph hep-th
Cosmological constraints on thermal relic axions and axion-like particles
宇宙学的精确数据可以用来对大爆炸中热产生的轴子和类轴子粒子（ALP）设置非常严格的约束。我们简要地回顾了已知的界限，并提出了两个新的限制，在早期宇宙中的轴子和ALP衰变，根据重子和中微子密度的伴随稀释，使用WMAP7和其他宇宙学数据。
2011-10-26 hep-ph
Revisiting Supernova 1987A Limits on Axion-Like-Particles
使用最近的超新星模型，我重新审视超新星1987年的标量/赝标量类轴粒子（ALP）的约束。根据中微子探测结果，核反弹后ALP的光度必须为$\lesssim 5\times10^{52} \,\mathrm{erg}/s$，这个界限限制了ALP的耦合。与所有耦合都是$\sim 1/f_a$的QCD轴子模型相反，最近的研究表明，一个射子/介子与光子和核子的耦合强度可能大不相同。这一事实已经提出了建立每个耦合独立的限制的需要。考虑到总体积发射，更新了通过双核子耦合的核子-核子韧致辐射和通过双光子耦合的Primakoff过程的ALP发射的边界。我发现从Primakoff过程的双光子耦合的界限不同于以前的界限的数量级。通过体发射研究，$m_a\gtrsim10\,\mathrm{MeV}$的捕获机制也得到了缓解，这需要通过未来的实验来探索。
2018-08-30 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 production from primordial magnetic fields
原初磁场产生的类轴子粒子（axionlike particles，ALP）对宇宙学有重要影响。我们讨论了在原始磁场存在下碱性磷酸酶的产生。我们发现一个区域的ALP质量和光子耦合实现了所观察到的性质的暗物质与适当的初始条件的磁场。根据最近对来自星系团的3.5千电子伏谱线的研究，这一区域可能是有趣的。对于一个小的轴子质量，先前允许的参数空间的区域被排除在生产过剩的ALP作为一个热/暖暗物质组件。由于碱性磷酸酶的丰度强烈依赖于原始磁场的初始条件，我们的研究结果提供了影响的情况下，磁。
2017-08-07 astro-ph.CO hep-ph
Shock Revival in Core-collapse Supernovae Assisted by Heavy Axion-like Particles
类轴子粒子（Axion-like particles，ALP）是一类假想的赝标量粒子，它们与普通物质的相互作用很弱。核心坍缩超新星的热等离子体是探索包括ALP在内的标准模型之外的物理学的可能实验室。一旦产生，一些ALP可以被超新星物质吸收并影响能量转移。在这项研究中，我们计算了核心坍缩超新星的ALP发射和超新星动力学的反反应一致。结果表明，当ALP与光子的耦合强度达到g_{ag} ~10^{-9} GeV^{-1}，ALP质量为40-400 MeV时，失速的反弹激波可以复活.大多数模型导致比平均观测到的超新星更高能量的爆炸。虽然这可以用于对这些ALP施加约束，但需要进一步研究跨多个祖细胞的长期模拟，以施加稳健的限制。
2022-02-22 astro-ph.HE hep-ph
Searching for long-lived ALPs with a laser-assisted optical dump
School of Physics, Nankai University（南开大学物理学院）
研究通过激光辅助光靶探测质量为MeV～GeV的长寿命轴子样粒子，考虑其低能有效拉格朗日量，扩展光靶搜索范围至相关过程，研究普里马科夫过程与康普顿散射相关性及两种耦合相互作用。
2026-09-23 hep-ph
Constraining axion-like particles from rare pion decays
类轴子粒子（ALP）比中性π介子轻的紫外光完成一般会引起ALP中性π介子混合，因此对混合角的直接约束很敏感。对于ALP的π质量以下，我们证明了强大的和新颖的边界的ALP-π混合角可以从现有的稀有π衰变数据，测量PIENU和PIBETA实验。
2020-10-10 hep-ph
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
Axions in a highly protected gauge symmetry model
我们研究QCD轴子或宇宙学类轴子粒子（ALPs）的模型的灵感来自最近的兴趣在4维发条模型，与全球对称性偶然强制执行的规范阿贝尔标量双基本场。对于QCD轴子，我们分析了轴子质量对引力修正的保护程度，对等级$f_a \ll M_P$的解释和产生与胶子的异常耦合所需的色费米子数量之间的联系，所有这些都由潜在的规范对称性联系在一起。基于该模型和文献中的早期模型的比较，我们得出了一些一般性的结论，QCD轴子模型，使用偶然的整体对称性。对于ALP，假设它们的质量仅由引力修正给出，我们确定了衰变常数和质量与DM丰度一致的参数空间，并且我们表明这种发条启发的模型对于非常轻的ALP DM候选者是特别经济的模型。
2018-12-29 hep-ph hep-th
Sensitivity to Kaon Decays to ALPs at Fixed Target Experiments
研究固定靶实验对K介子衰变产生的类轴子的敏感性，发现K介子衰变是主导产生机制，通过双光子和双缪子末态可探测ALPs，DUNE实验敏感性具竞争力。
2024-10-14 hep-ex hep-ph
ALPs and Heavy Hadron Chiral Perturbation Theory
本文以模型无关的有效拉格朗日量方法，将类轴子（ALPs）与传统轴子纳入重强子手征微扰理论（HHChiPT），为研究重夸克味守恒跃迁提供框架，并指出重矢量介子的辐射与轻子衰变能对ALPs对角耦合提供最严格约束。
2022-12-28 hep-ph
A New Flavor of Searches for Axion-Like Particles
我们提出了新的搜索在变味中性电流（FCNC）过程中产生的轴子样粒子（ALP）。这个提议利用了常被忽视的ALP与W玻色子的耦合，导致即使在没有与费米子直接耦合的情况下也能产生ALP。我们提出的在衰变如$B\rightarrow K^{(*)}a,\,a\rightarrow γγ$和$K\rightarrow πa, \,a\rightarrow γγ$中寻找共振ALP产生的方法可以大大提高ALP与标准模型粒子耦合的电流灵敏度。我们还确定了类似的约束和发现前景看不见的衰变ALP。
2017-03-01 hep-ex hep-ph
Ultralight axion or axion-like particle dark matter and 21-cm absorption signals in new physics
本文研究超轻轴子暗物质通过重子冷却和光子加热解释21厘米吸收信号，并发现加热效应消除了冷却产生的多余中微子种类数。
2025-10-16 hep-ph
Axion-Like Particles at Future Colliders
类轴子粒子（ALP）是标准模型（SM）的高能扩展中自发破缺全局对称性的伪南武-戈德斯通玻色子。这使它们成为未来实验的主要目标，旨在发现新的物理学，解决SM的一些开放问题。虽然未来的高精度实验可以发现质量远低于GeV的ALP，但更重的ALP可以在未来的高能轻子和强子对撞机上寻找。我们讨论了不同的建议对撞机，专注于共振ALP生产，ALP生产的衰变中的重SM共振，并关联ALP生产与光子，Z玻色子或希格斯玻色子。我们认为，领先的有效运营商调解ALP和SM粒子之间的相互作用，并讨论搜索策略的ALP迅速衰减以及ALP延迟衰减。对LHC的高亮度运行及其高能升级、CLIC、未来的$e^+e^-$环对撞机CEPC和FCC-ee、未来的pp对撞机SPPC和FCC-hh以及MATHUSLA面阵作了预测。我们进一步讨论了相关ALP耦合的未来测量的电弱精密参数的约束力。
2020-08-18 hep-ph
Quality control for axions and ALPs
State Key Laboratory of Dark Matter Physics, Tsung-Dao Lee Institute & School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院、李政道研究所暗物质全国重点实验室）；Key Laboratory for Particle Astrophysics and Cosmology (MOE) & Shanghai Key Laboratory for Particle Physics and Cosmology, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学粒子天体物理与宇宙学教育部重点实验室、上海粒子物理与宇宙学重点实验室）；X-HEP Laboratory, Department of Physics, School of Mathematics and Physics, Xi’an Jiaotong-Liverpool University（西交利物浦大学数理学院物理学系X-HEP实验室）；Physics Department and Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院物理系和卡弗里天体物理与空间研究研究所）；Harvard University, Department of Physics and Laboratory for Particle Physics and Cosmology（哈佛大学物理系粒子物理与宇宙学实验室）
通过普朗克压低的PQ破缺算符量化轴子所需精细调节，发现QCD轴子解释暗物质需D≥12，类轴子部分参数空间需D≫10。
2026-06-15 hep-ph
Potential of the MeerKAT telescope to detect the stimulated decay of axion-like particles
寻找冷暗物质的一个突出方面是寻找轻标量候选者，如轴子样粒子（ALP）。ALP和光子之间的耦合允许ALP自发衰变成成对的光子。先前已经表明，受激ALP衰变率可以在宇宙时间尺度上变得显着。此外，在最近的几项工作中，人们声称ALP可以在引力作用下热化并形成宏观凝聚体。因此，周围的人口（如宇宙微波背景）的光子占用数可以接受密集的ALP块玻色增强和指数增长。对于冷的暗物质ALP，这可能导致从这个过程中产生的无线电发射，并且可以通过即将到来的射电望远镜观察到。在这项工作中，我们调查的可探测性，这样的无线电签名从一些天体物理目标使用的MeerKAT射电望远镜。结果表明，MeerKAT望远镜能够探测ALPs参数空间，其极限达到CAST实验的当前水平和IAO实验的潜在水平，具有弧分可见度锥度。
2022-03-07 astro-ph.HE 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
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
New solar X-ray constraints on keV Axion-Like Particles
本研究利用太阳引力场中类轴子粒子衰变对太阳X射线流量的贡献，结合光子聚合产生机制与康普顿吸收效应，提升了keV量级ALPs参数空间的约束精度，明确了不同耦合参数对约束结果的主导作用。
2023-06-19 astro-ph.SR hep-ph
New Opportunities for Detecting Axion-Lepton Interactions
本文重新审视与轻子相互作用的类轴子粒子（ALPs）的理论与约束，发现弱破坏与弱保持ALP的定性差异及能量增强效应，提出通过带电介子衰变和W玻色子衰变探测ALP的新机遇，影响QCD轴子及实验异常解释。
2023-06-21 hep-ex 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
Constraints on axionic fuzzy dark matter from light bending and Shapiro time delay
质量为$m_a\in (10^{-21}\rm{eV}-10^{-22}\rm{eV})$且具有轴子衰变常数$f_a\sim 10^{17}\rm{GeV}$的超轻类轴子粒子（ALP）可以作为模糊暗物质（FDM）的候选者。如果像地球和太阳这样的天体沉浸在低质量的轴子FDM势中，并且如果ALP与核子耦合，则轴子场的相干振荡会导致天体外部的长距离轴子头发。轴子介导的Yukawa型第五力的作用范围由地球与太阳之间的距离决定，从而确定了轴子质量的上界为$m_a\lesssim10^{-18}\rm{eV}$ .地球和太阳之间的长程轴子汤川势改变了它们之间的引力势，并对光弯曲和Shapiro时间延迟有贡献。从这些实验的观测不确定性，我们把一个上限的轴子衰变常数为$f_a\lesssim 9.85\times 10^{6}\rm{GeV}$，这是更强的边界得到的夏皮罗时间延迟。这意味着如果ALP是FDM，那么它们不与核子偶联。
2021-04-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Axion-like particles, lepton-flavor violation and a new explanation of $a_μ$ and $a_e$
具有轻子味破坏耦合的类轴子粒子（ALP）可以在奇异的μ子和τ衰变中探测到。不同实验的灵敏度很大程度上取决于ALP的质量及其与轻子和光子的耦合。对于可以共振产生的ALP，三体衰变如$μ\to 3e$和$τ\to 3μ$的灵敏度超过辐射衰变如$μ\to eγ$和$τ\toμγ$许多数量级。因此，这两种类型的过程的分析是高度互补的。我们讨论了实验上的限制与一个单一的主导轻子味违反耦合的ALP。允许一个或多个这样的耦合提供了定性的新方法来解释与μ子和电子的磁矩有关的异常。
2019-07-31 hep-ph
Searching for axion-like particles at future electron-positron colliders
我们调查的前景发现类轴子粒子（ALPs）通过光的光（LBL）散射在两个对撞机，未来的圆形对撞机（FCC-ee）和圆形电子-正电子对撞机（CEPC）。获得了对ALP-光子有效耦合$g_{aγγ}$的有希望的灵敏度。计算结果表明，FCC-ee和CEPC对质量为2 GeV、$\sim$ 10 GeV的ALP的灵敏度可能高于LHC和CLIC。
2021-10-16 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
LHC as an Axion Factory: Probing an Axion Explanation for $(g-2)_μ$ with Exotic Higgs Decays
我们认为，一个大的区域，到目前为止不受约束的参数空间的类轴子粒子（ALP），他们的耦合到标准模型的顺序为$(0.01\!-\!1)\,\mbox{TeV}^{-1}$，可以探索通过搜索的异国情调的希格斯衰变$h\to Za$和$h\to aa$在运行2的大型强子对撞机。几乎可以通过搜索这些衰变和随后的衰变$a\toγγ$来探测ALP可以解释μ子异常磁矩的整个区域，即使相关的耦合被环路抑制并且$a\toγγ$分支比小于~1。
2017-04-26 hep-ph
Axion Icebergs: Clockwork ALPs at hadron colliders
研究QCD轴子的最小发条机制模型，探讨LHC上多ALP信号特征，发现轻ALP质量分裂极小可形成类似宽共振的“轴子冰山”，在Run 3阶段可测试，较大质量则产生多峰信号待HL-LHC验证。
2025-08-13 hep-ph
Improving Statistical Sensitivity of X-ray Searches for Axion-Like Particles
对星系团中或星系团后明亮活动星系核的X射线观测提供了独特的能力来约束类轴子粒子（ALP）。现有的分析技术依赖于整体拟合优度的测量。我们开发了一种新的分析方法，提高了统计的敏感性ALP光子振荡隔离的特性引起的ALP的准正弦调制。这涉及分析波长空间中的残差，从而使傅立叶结构变得明显，以及机器学习方法。对于具有微量热仪分辨率的望远镜，模拟表明，与以前的方法相比，这些方法对ALP的灵敏度增加了两倍。
2018-08-17 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Axion-like particle searches with MeerKAT and SKA
在过去的几年里，由于类轴子粒子（ALP）具有解释宇宙中冷暗物质（CDM）总丰度的潜力，对它们的研究已经显着增长。ALP和光子之间的耦合允许ALP自发衰变成成对的光子。对于凝聚在星系周围CDM晕中的ALP，ALP的受激衰变也是可能的。在这项工作中，我们研究了从这个过程中产生的无线电辐射的可探测性与即将到来的射电望远镜，如平方公里阵列（SKA）和MeerKAT。我们的研究结果，使用最近更现实的敏感性估计，表明以前的非观测上限预计的SKA是非常乐观的，与矮星系观测的限制被削弱了一个数量级至少。值得注意的是，我们的结果也更强烈地依赖于ALP质量比以前，由于频率依赖性的降解效果的列入。我们发现，最强的潜在环境，以探测ALP是附近的射电星系（由于强光子增强因子）。此外，通过使用可见度锥，在$4.96 \times 10^{-7} \ \text{--} \ 1.04 \times 10^{-4} \ {\rm eV}$质量范围内的ALP将对在具有SKA的$1.83 \times 10^{-12} \ \text{--} \ 7.69 \times 10^{-10} \ {\rm GeV}^{-1}$范围内的ALP光子$g_{aγ}$具有非观测上限。MeerKAT只能在50小时的观测时间内产生类似于CAST实验的极限。最后，我们证明了在银河系磁场中，CDM ALP到光子的磁转换是高度次显性的，甚…
2022-01-27 astro-ph.HE hep-ph
Revised constraints and Belle II sensitivity for visible and invisible axion-like particles
轻赝标量主要与标准模型规范玻色子（所谓的类轴子粒子或ALP）相互作用，经常出现在标准模型的扩展中。在这项工作中，我们审查和更新现有的限制在千电子伏到GeV质量区域的对撞机，束流收集器实验和天体物理学的ALP。我们还提供了Belle II的预期灵敏度的详细计算，该Belle II可以搜索可见和不可见的衰变ALP以及长寿的ALP。Belle II的灵敏度被认为是大大优于先前的估计，涵盖了广泛的相关参数空间。特别是，Belle II可以探索一类有趣的暗物质模型，其中ALP介导了标准模型和暗物质之间的相互作用。在这些模型中，遗迹丰度可以通过共振冻结来设置，从而产生一个高度预测的场景，该场景与所有现有的约束条件一致，但在不久的将来可以在Belle II进行单光子搜索。
2018-01-04 hep-ex hep-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
A covariant description of the interactions of axion-like particles and hadrons
University of California Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；Santa Cruz Institute for Particle Physics（圣克鲁兹粒子物理研究所）；Technion – Israel Institute of Technology（以色列理工学院）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文提出一个协变框架，用于分析轴子样粒子与胶子和夸克的相互作用及衰变率，通过不变耦合组合获得物理表达式，并与先前仅耦合夸克或胶子的情况进行比较。
2026-04-07 hep-ex hep-ph
Atmospheric axion-like particles at Super-Kamiokande
我们考虑一个亲μ介子类轴子粒子（ALP），记为$a$，轻于μ介子质量的两倍。这个质量范围的ALP主要衰变成一对光子，由三角形μ介子环引起。这种轻嗜μ-ALP天然地是长寿命的。在大气层中，ALP大量产生于空气簇射中的带电介子衰变，如$π^\pm \to μ^\pm νa$，通过ALP-μ子耦合$g_{aμμ}$。在传播数十公里后，ALP在地球表面附近的大容量切伦科夫探测器（如Super-Kamiokande（SK））内与$a\to γγ$一起衰减。我们发现目前的SK观测对质量范围[1 MeV，30 MeV]的亲μ子ALP和ALP-μ子耦合$[10^{-3}$，$10^{2}]$的约束，假设[ $10^{-3}$ km，$10^6$ km]中的适当衰变长度$cτ_a$依赖于或独立于$g_{aμμ}$。我们的结论是，这种异国情调的状态的大气搜索可以补充对撞机和束流收集实验以及天体物理探测。
2022-11-09 hep-ex hep-ph
Thermal Dark Photon Dark Matter, Coscattering, and Long-lived ALPs
本文在暗轴子门户模型下研究暗光子暗物质的热退耦，系统比较共散射、媒介子退耦与共湮灭三种机制，并探讨长寿命 ALP 在对撞机探测中的前景。
2025-02-17 hep-ph
PASSAT: Particle Accelerator helioScopes for Slim Axion-like-particle deTection
提出了一种在粒子加速器实验中寻找类轴子粒子的新方法。通过Primakoff效应在目标处产生的ALP随后进入具有磁场的区域，在那里它们被转换为光子，然后被检测到。被称为“用于细长类轴子粒子探测的粒子加速器”（PASSAT）的太阳镜，我们的建议使用轴子太阳镜的原理，但用靶材料中产生的ALP代替Sun中产生的ALP。由于我们依赖于ALP-光子转换，我们的建议探测了轻（纤细）ALP，这些ALP是依赖于ALP衰变的实验室实验无法获得的，并补充了更多依赖于模型的天体物理探测器。我们首先重新解释现有的数据从NOMAD exp的PASSAT光，并限制ALP轻于~100 eV和ALP光子耦合大于~ $10^{-4}$ GeV $^{-1}$的参数空间。作为可行的低成本实验改进NOMAD限制的基准，我们研究了重新使用CAST磁体和拟议的BabyIXO实验的可能性，并将它们放置在CERN拟议的BDF设施中，以及一些新的探测器。我们发现，这些实现的PASSAT允许直接探测的参数空间的ALP轻于~100 eV和ALP-光子耦合大于~4 x $10^{-6}$ GeV $^{-1}$，这是尚未被探测的实验室产生的ALP的EXP的区域。与其他主要依赖于蒙特卡罗模拟的在强子束流收集器环境中探测单光子或双光子事件的方案不同，本方案中的背景（BG）可以直接在原位测量，其抑制可以优化，不可约的BG可以统计地减去。对其他…
2020-02-19 hep-ex hep-ph
Photon-jet events as a probe of axion-like particles at the LHC
类轴子粒子（ALP）是标准模型（SM）的许多扩展预测。当ALP的质量在MeV到GeV的范围内时，宇宙学和天体物理学将在很大程度上无关紧要。在这项工作中，我们调查这样的光ALP通过ALP-strahlung过程$pp \to V a (\to γγ)$在14 TeV的LHC与3000 fb的积分亮度光度$^{-1}$（HL-LHC）。与光子射流算法，我们表明，我们的方法可以探测的质量范围的ALP，这是无法访问以前的LHC实验。在0.3GeV ~ 10 GeV的ALP质量范围内，所得到的结果可以超过现有的ALP-光子耦合极限。
2021-10-26 hep-ex 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
Axion-like particle oscillations
弦论的紧化可以产生许多与电磁弱耦合的轻类轴子粒子（ALP）。通常，可能存在大量ALP，其中线性组合具有潜在可观察到的电磁耦合。只有一个ALP耦合到电磁的基础通常与质量基础不一致。这导致了“电磁”ALP和许多不直接与光子相互作用的“隐藏”ALP之间的混合。这个过程类似于中微子振荡。我将讨论天体物理ALP信号的这种混合的现象学后果，特别是表明它可能会显着减少预测的信号在实验中，如欧洲核子研究中心的轴子太阳望远镜。
2022-01-12 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
Axion-like Particles from Hypernovae
最近有人指出，非常活跃的超新星（SNe）子类，如超新星和超亮超新星，可能在其核心拥有超强磁场。这样的场可能会催化弱相互作用粒子的产生，改变预测的发射率。在这里，我们考虑的情况下，类轴子粒子（ALP），并表明，预测的大规模磁场的核心有助于显着的ALP生产，通过热光子的相干转换。使用最近的国家的最先进的SN模拟，包括磁流体力学，我们发现，如果ALP有群众$m_a \sim {\mathcal O}(10)\, \rm MeV$，通过磁转换的发射率是超过两个数量级大于先前估计。此外，这些大质量ALP的辐射衰变会导致子光子到达时间的特殊延迟。因此，高统计伽马射线卫星可以潜在地发现MeV的ALP在参数空间的未探测区域，并阐明SN爆炸的磁流体力学性质。
2021-04-12 astro-ph.HE hep-ph
Supernova bounds on axion-like particles coupled with nucleons and electrons
我们调查的潜力II型超新星（SNe）约束轴子样粒子（ALPs）同时耦合到核子和电子。耦合到核子的ALP可以通过核子-核子韧致辐射在SN核心中有效地产生，并且对于宽范围的参数，使SN不受阻碍，产生大的ALP通量。对于超过1 MeV的质量，这些ALP会衰变成电子-正电子对，产生正电子通量。在银河系SNe的情况下，产生的正电子与银河系中存在的电子的湮灭将有助于511 keV的湮灭线。使用SPI（积分光谱仪）观察这条线，使我们能够排除广泛的轴子-电子耦合，$10^{-19} \lesssim g_{ae} \lesssim 10^{-11}$，为$g_{ap}\sim 10^{-9}$。此外，来自河外SNe的ALP衰变成电子-正电子对将对宇宙X射线背景产生贡献。在这种情况下，我们将ALP-电子耦合限制为$g_{ae} \sim 10^{-20}$。
2021-08-17 astro-ph.HE hep-ph
Constraining axion-like particles using the white dwarf initial-final mass relation
类轴子粒子（ALP）是标准模型的许多扩展中常见的一类伪标量，具有从恒星内部吸收能量的能力。因此，恒星演化可以用来推导出许多对ALP的约束。我们研究的影响，keV-MeV尺度的ALP，专门与光子相互作用，可以施加在氦燃烧壳的渐近巨星分支星，后期生命的演化阶段的恒星与初始质量小于$8M_{\odot}$。我们建立了最终恒星质量的敏感性，这种能量损失的ALP与质量目前允许的恒星演化边界。通过对双白矮星双星的观测，导出了白矮星初末质量关系（IFMR）的半经验约束条件，并将其用于排除ALP参数空间中目前未受约束的宇宙学三角区.当ALP衰变长度变得比氦燃烧壳的宽度短时，导出的约束放松。其他潜在的来源恒星的限制ALP也进行了讨论。
2021-09-15 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
