Searching for axion-like particles with SPHEREx
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino（意大利国家核物理研究所都灵分部）
本文研究利用SPHEREx近红外望远镜通过ALP衰变为双光子的信号探测类轴子粒子，并发现其可在0.5-3 eV质量范围内显著提升对轴子-光子耦合的限制。
2026-11-06 astro-ph.CO hep-ph
Searching for a dark matter induced galactic axion gradient
本研究提出超轻轴子可作为暗物质与标准模型的新型通道，指出暗物质激发的星系轴子梯度可通过自旋进动实验探测，现有共磁强计数据已给出约束，未来实验将探究相关合理模型，且该相互作用无需轴子质量精细调节。
2024-12-11 astro-ph.CO hep-ph
Searching for solar axions using data from the Sudbury Neutrino Observatory
我们探索了一种新的检测太阳轴子的可能性，它只依赖于他们的耦合到核子，通过轴子诱导的氘核分解成它们的组成中子和质子。这个过程的一个合适的目标是现在已经结束的萨德伯里中微子天文台（SNO）实验，该实验依赖于大量的重水来解决太阳中微子问题。从完整的SNO数据集，我们排除了在95% C. L的$|g^3_{aN}|\equiv\frac{1}{2}|g_{an}-g_{ap}|>2\times10^{-5}$ GeV ${}^{-1}$在模型独立的时尚等矢量轴核子耦合。亚兆电子伏的轴子质量，涵盖以前未探索的区域的轴子参数空间。在$g_{an}$和$g_{ap}$之间没有精确抵消的情况下，这个结果也超过了其他实验室实验的可比约束，并且排除了由于轴子捕获而使SN 1987 A和中子星冷却的天体物理约束不适用的参数空间区域。
2021-03-05 astro-ph.CO hep-ph
3.55 keV photon lines from axion to photon conversion in the Milky Way and M31
我们进一步探讨的情况下，最近观察到的3.55千电子伏的光子线产生的暗物质衰变到一个类轴子粒子（ALP）的能量3.55千电子伏，然后转换为光子在天体物理磁场。这ALP方案是很好的动机所观察到的形态的3.55千电子伏通量。对于这种情况下，我们研究了预期的流量从暗物质衰变在银河系和仙女座（M31）的星系晕。银河系的磁场是不对称的银河系中心，因此产生的3.55千电子伏的通量形态显着不同的情况下，直接暗物质衰变为光子。然而，银河系的磁场并不足以产生可观测的信号，即使是ASTRO-H。相比之下，M31具有ALP到光子转换的最佳条件，来自M31的内在信号比银河系大两个数量级，与星系团的信号相当，并且与观测结果一致。
2014-11-24 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Cluster X-ray line at $3.5\,{\rm keV}$ from axion-like dark matter
最近报道的$E_γ\simeq 3.5\, {\rm keV}$的X射线线信号来自各种星系团和仙女座星系的叠加光谱，可能来自质量为$2 E_γ$的衰变暗物质粒子。一个轻的轴子类标量被认为是暗物质的天然候选者，并对其产生机制进行了仔细研究。我们表明，适当数量的轴子遗迹密度与首选参数，$m_a \simeq 7 \,{\rm keV}$和$f_a \simeq 4\times 10^{14}\, {\rm GeV}$，可以自然地从暴胀子的衰变。如果轴子是由轴子衰变产生的，由于结构形成的束缚，它不可能构成总的遗迹密度。尽管如此，萨克逊衰变是一个有趣的可能性，因为$3.5\, {\rm keV}$线和暗辐射可以同时解决，与普朗克数据一致。轴子的小失准角，范围在$θ_a\sim 10^{-4} -10^{-1}$之间，取决于再加热温度，也可以是轴子生产的来源。该模型可以满足结构形成和等曲率扰动的约束。
2014-10-07 astro-ph.CO hep-ph
Searching for Axion Dark Matter using Radio Telescopes
我们研究使用下一代射电望远镜，如平方公里阵列（SKA），以检测轴子双光子耦合在天体物理环境。围绕天体物理磁场的不确定性提出了新的挑战，但与质量$1.7-57μ$ eV的轴子相对应的频率范围和具有许多显着特征的光谱轮廓，SKA-mid提供了一个诱人的机会来限制轴子暗物质属性。为了确定SKA-mid对轴子信号的敏感性，我们考虑了银河系中心和星际介质的观测，并发现这种新的望远镜可以让我们探测轴子耦合$\gtrsim10^{-16}$ GeV $^{-1}$。
2017-10-28 astro-ph.CO
Prospects for Searching Thermal Effects, Non-Newtonian Gravity and Axion-Like Particles: Cannex Test of the Quantum Vacuum
考虑了量子真空的CANNEX（Casimir And Non-Newtonian force Experiment）检验，该检验旨在测量两平行平板间大间距的Casimir压力梯度，并对宇宙学中暗能量的变色龙模型进行了参数约束.的测量方案的修改建议，允许同时测量的Casimir压力和它的梯度在一个实验中。结果表明，通过几项改进，CANNEX测试将能够加强对Yukawa型相互作用参数的约束，在很宽的相互作用范围内可达一个数量级。核子和类轴子粒子之间的耦合常数的约束，这被认为是最可能的组成暗物质，也可以加强在一个区域的轴子质量从1到100 meV。
2019-03-23 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Searching for axion-like particles under strong gravitational lenses
我们建立了强引力透镜系统作为类轴子粒子（ALP）的强大探针-暗物质的候选者。光子与ALP的微小相互作用引起双折射。多重图像的引力透镜偏振对象允许差分双折射测量，减轻系统学和天体物理学的依赖性。我们将这种新的方法应用于B1152+199类透镜系统，并约束ALP-光子耦合$\le 9.2\times 10^{-11}\, {\rm GeV}^{-1} \textrm{ to } 7.7\times 10^{-8}\, {\rm GeV}^{-1}$（$95\%$ C.L.）$3.6\times 10^{-21} \,{\rm eV}$和$4.6 \times 10^{-18} \,{\rm eV}$之间的ALP质量。更大的样本将改善约束。
2020-07-10 astro-ph.CO hep-ph
Searching for Axion Dark Matter with Birefringent Cavities
类轴子粒子是暗物质的一大类候选者，它们被认为是一种与光子弱耦合的相干经典场。用激光干涉仪对这些粒子的可探测性的研究最近揭示了一些有前途的实验设计。受这些想法的启发，我们提出了轴子检测与双折射腔（ADBC）实验，一个新的轴子干涉测量概念，使用一个腔，表现出其两个，线性偏振激光本征模之间的双折射。这个实验概念克服了目前文献中设计的几个局限性，并且可以实际上以具有可调谐反射镜角度的简单蝴蝶结腔的形式实现。因此，我们的设计增加了灵敏度的轴子光子耦合在很宽的范围内的轴子质量。
2019-07-30 astro-ph.CO hep-ph physics.ins-det
Testing the axion-conversion hypothesis of 3.5 keV emission with polarization
最近在一些星系团、仙女座星系（M31）和银河系（MW）中心测量到的3.5 keV谱线可以很好地解释为暗物质在星系团或星系的磁场中衰变为类轴子粒子（ALP）并随后转化为3.5 keV光子的情况。我们建议通过进行X射线偏振测量来测试这一假设。由于ALP只能与极化方向平行于磁场的光子耦合，因此我们可以通过测量3.5 keV线的极化并将其与磁场的方向进行比较来确认或拒绝该模型。讨论了星系团和旋涡星系的光度和偏振测量，给出了偏振与星系倾角的一般关系。目前正在开发的X射线偏振探测器，如增强型X射线定时和偏振（eXTP），成像X射线偏振探测器（IXPE）和X射线成像偏振探测器（XIPE），只能勉强检测到这种效应。灵敏度可以进一步提高，在未来与更大的有效面积或更好的能量分辨率的探测器。
2017-02-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Sensitivity of the CUORE detector to $14.4$ keV solar axions emitted by the M1 nuclear transition of$~^{57}$Fe
本文计算了CUORE探测器对太阳中$~^{57}$ Fe的M1核跃迁发射的、由单晶$TeO_2$测辐射热计中逆相干Bragg-Primakoff转换探测到的单能$14.4$ keV太阳轴子的灵敏度。使用密度泛函理论计算$TeO_2$的电子电荷密度和CUORE的实际背景和能量分辨率的预期计数率。使用单个事件的时间相关性和理论上随时间变化的计数率，对$5$ y $\times$ $741$ kg= $3705-$ kg $\cdot$ y暴露量的蒙特卡罗模拟进行了分析。我们发现一个预期的模型无关的限制的产品的轴子-光子耦合和轴子-核子耦合$g_{aγγ}g_{aN}^{\text{eff}}<1.105\times 10^{-16}$ /GeV的轴子质量小于500 eV的$95\%$置信水平。
2016-01-22 astro-ph.CO hep-ph
Searching for axion dark matter with MeerKAT Radio Telescope
本文利用MeerKAT射电望远镜对孤立中子星J0806.4-4123进行10小时观测，通过搜寻轴子暗物质在磁层中转化为光子的窄谱信号，在3.18-4.35 μeV质量范围内对轴子Primakoff耦合给出迄今最强限制。
2023-10-27 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
(H)ALPing the 511 keV line: A thermal DM interpretation of the 511 keV emission
Università di Pisa（比萨大学）；INFN Sezione di Pisa（意大利国家核物理研究所比萨分部）；Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）；Instituto de Física Teórica UAM-CSIC（UAM-CSIC理论物理研究所）；Galileo Galilei Institute for Theoretical Physics（伽利略·伽利莱理论物理研究所）
本文提出基于MeV尺度Dirac暗物质湮灭产生轴子样粒子，解释银河系中心观测到的511 keV伽马射线线，通过p波和s波湮灭机制，满足观测形态与宇宙学限制。
2026-03-18 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
A 3.55 keV hint for decaying axion-like particle dark matter
最近，在大量的星系团和仙女座星系团的组合光谱中发现了3.55 keV发射线的迹象。这条谱线不能用任何已知的谱线来识别。人们很容易推测，它的起源是一种粒子的衰变，这种粒子贡献了全部或部分暗物质。在本文中，我们想指出的是，作为全部或部分暗物质的类轴子粒子是产生这种特征的理想候选者。更重要的是，在基于弦论的标准模型的扩展中，所需的参数值是相当可行的，并且可以与各种其他有趣的现象联系起来，这也可能允许对这种推测进行新的检验。
2014-02-28 astro-ph.CO hep-ph
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
Searching for axions with quantum interferometry
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）
本文提出利用量子干涉仪测量轴子与光子相互作用产生的阿哈罗诺夫-玻姆相位和贝里相位，以探测轴子，展示了在超导电路中应用的前景。
2026-10-21 astro-ph.CO hep-ph physics.atom-ph
Searching for axion-like particle decay in the near-infrared background: an updated analysis
河外背景光是由宇宙历史上所有星系的累积辐射组成的。在近红外（IR）频率的这种背景的各向异性的角功率谱缺乏一个完整的理解，并显示出一个强大的过剩，不能很容易地解释与已知的来源。暗物质以类轴子粒子（ALP）的形式存在，其质量在电子伏特附近，会衰减成两个波长在近红外波段的光子，这可能有助于背景强度。我们计算的近红外背景角功率谱，包括星系的排放，以及来自内晕光和ALP衰变的贡献，并将其与哈勃太空望远镜和斯皮策的测量结果进行比较。我们发现，ALP质量和ALP-光子耦合的首选值来解释过剩的紧张与恒星冷却数据和矮球状星系的观测。
2021-05-19 astro-ph.CO hep-ph
New perspective in searching for axion-like particles from flavor physics
提出了从夸克和轻子味物理中寻找类轴子粒子的新视角：测量$B^0 \to K_S^0 π^0 γ$中含时CP不对称性和$B_s \to e^\pm μ^\mp$衰变的分支比，以及μ子的反常磁矩.在sub-GeV的质量范围内，可通过味ALPs搜索，这些味观测值的实验灵敏度达到最大值周围的π质量标度（称为{ \it sweetest}点），其中的ALP参数空间的一对夫妇的漏洞（未探索的地区）迄今为止已经存在，因为不可避免的污染与π背景事件。所提出的互补探针可以精确地确定ALP在这些{ \it sweetest}点/漏洞处与光子的耦合，并且将显著地帮助覆盖ALP搜索中的整个参数空间，包括将来的现有漏洞。
2021-05-21 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Searching for the QCD Axion with Gravitational Microlensing
负责轴子暗物质产生的相变可以产生大幅度的等曲率扰动，这些扰动坍缩成被称为轴子微团的致密物体。我们使用来自EROS调查的微透镜数据，以及斯巴鲁Hyper Suprime Cam最近的观测结果，对微集群场景进行限制。我们计算微透镜事件率的微集群处理它们作为空间扩展的对象与扩展的质量函数。使用公布的微透镜事件的数量上的界限，我们绑定的DM崩溃成小集群，$f_{\rm MC}$的分数。对于一个轴子与温度相关的质量一致的QCD轴子，我们发现$f_{\rm MC}<0.22(m_a/100\,μ\text{eV})^{-0.57}$，这代表了第一个观测约束的微团分数。我们预测，用斯巴鲁进行10个晚上的高效率观测就足以在整个QCD轴子质量范围内约束$f_{\rm MC}\lesssim 0.1$。我们做了各种近似，以获得这些限制和专门的分析，由观察队的EROS和斯巴鲁是必要的，以确认我们的结果。如果将来能对$f_{\rm MC}$进行精确的理论预言，那么微透镜就可以用来排除或发现QCD轴子。我们的计算的进一步细节在配套文件。
2017-06-09 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Axions in Andromeda: Searching for Minicluster -- Neutron Star Encounters with the Green Bank Telescope
本文利用 GBT、VEGAS 和 X 波段接收机观测仙女座核心，搜寻中子星与轴子微团簇碰撞产生的射电信号，但未发现超过5σ的候选体。
2024-10-16 astro-ph.CO hep-ph
Searches for axions with the EDELWEISS experiment
EDELWEISS实验的主要目的是使用锗测辐射热计直接探测WIMP。它对轴子引起的低能电子反冲也很敏感。我们提出了新的约束的EDELWEISS-II实验数据的耦合的轴子。使用高达448~kg·d的总曝光量，我们在四种涉及轴子起源和耦合的不同假设的情况下，搜索了轴子诱导的电子反冲到2.5~keV。我们对$g_{Aγ}<2.15\times 10^{-9}$ ~GeV $^{-1}$的光子在未被轴子太阳镜完全覆盖的质量范围内的耦合设定了95~\%的CL极限。我们将耦合约束到电子，$g_{Ae} < 2.59\times 10^{-11}$，类似于更间接的太阳中微子约束。最后，我们对$g_{Ae}\times g_{AN}^{\rm eff}<4.82 \times 10^{-17}$进行了限制，其中$g_{AN}^{\rm eff}$是$^{57}$ Fe的有效轴子-核子耦合。结合这些结果，我们完全排除了DFSZ轴子的质量范围$0.91\,{\rm eV}<m_A<80$ ~keV和KSVZ轴子的质量范围$5.73\,{\rm eV}<m_A<40$ ~keV。
2013-09-12 astro-ph.CO hep-ph
Searching for Time-Dependent Axion Dark Matter Signals in Pulsars
本研究利用MeerKAT望远镜的MeerTIME项目数据，首次对脉冲星磁层中轴子暗物质转化光子的周期性时域信号进行搜寻，未发现候选信号，并在特定质量范围内对轴子-光子耦合设定了新上限。
2023-11-28 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Axionic Dark Radiation and the Milky Way's Magnetic Field
最近有人提出，在弦论模场衰变过程中产生的以轴子形式存在的暗辐射可能是星系团中软x射线过剩的原因。这些软X射线光子是由于这些轴子在星系团的磁场中转化为光子而产生的。在这项工作中，我们计算的转换轴暗辐射到X射线光子在我们自己的银河系的磁场。我们认为Δ N ~ 0.5的暗辐射的能量为0.1-1 keV的数量级的轴子。我们表明，如果乐观一点，可以完全解释位于3/4 keV ROSAT全天图中检测到的银河平面中心上方和下方的大区域的X射线发射，这是由于暗辐射转化为光子，逆轴子-光子耦合为M ~ 3e-13 GeV，轴子质量为m <1 e-12 eV。不同的参数值可以解释这些功能和3/4 keV的X射线背景。更保守地说，这些X射线观测是约束这种轴子暗辐射模型的好方法。
2013-10-16 astro-ph.CO hep-ph
Searches for sterile neutrinos and axionlike particles from the Galactic halo with eROSITA
暗物质可能是由“温暖”的粒子组成的，例如keV质量范围内的无菌中微子，它们可以通过混合衰变成光子，因此可以被X射线望远镜探测到。当类轴子粒子（ALP）与标准模型粒子耦合并衰变为keV范围内的光子时，X射线望远镜也可以探测到。这两种粒子都可以解释未识别的3.5 keV线，有趣的是，XENON 1 T观察到过量的电子反冲事件，最突出的是在2-3 keV。一种解释可能是ALPs的起源，在光子产生被抑制的无异常对称模型中，这还没有被X射线约束排除在外。我们研究了来自星系晕的漫射辐射，并计算了eROSITA进行的全天X射线巡天对确定不育中微子或ALP暗物质的灵敏度。我们估计的边界上的混合角的不育中微子和耦合强度的ALP。经过四年的数据采集eROSITA，我们希望设置严格的限制，特别是，我们希望坚定地探测混合角$\sin^2(2θ)$高达近两个数量级以下的最佳拟合值解释不明的3.5千电子伏线。此外，使用eROSITA，我们将能够探测光子和电子耦合的ALP参数空间，并可能确认XENON 1 T过量的ALP来源。
2021-07-12 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Expected Sensitivity to Galactic/Solar Axions and Bosonic Super-WIMPs based on the Axio-electric Effect in Liquid Xenon Dark Matter Detectors
我们提出了系统的案例研究，以调查的灵敏度轴子搜索液体氙探测器，使用轴电效应（类似的光电效应）对氙原子。液态氙被广泛认为是利用核反冲探测WIMP（可能形成银河系暗物质的弱相互作用大质量粒子）的最佳目标介质之一。由于这些探测器还为电子反冲提供了极低的放射性环境，因此也可以探测到相互作用非常弱的低质量粒子（< 100 keV/c^2），例如假设的轴子--在这种情况下使用轴电效应。未来的吨级液体中微子探测器的灵敏度将仅受质量范围在1至100 keV/c^2之间的不可约中微子背景（pp链太阳中微子和136中微子的双β衰变）的限制。假设辐射量为1吨-年，如果轴-电耦合g_A e在1 keV/c^2时大于10^-14（或在100 keV/c^2时大于10 ^-13），那么星系轴子（作为非相对论性的暗物质）就可以被探测到。在几keV/c^2以下，并且与质量无关，太阳轴子的搜索对耦合g_Ae ~ 10^-12很敏感。这个极限将为DFSV和KSVZ模型设定一个严格的轴子质量上限，其质量范围分别为m_A < 0.1 eV/c^2和< 10 eV/c^2。当耦合常数α '/α> 10^-33（质量为1 keV/c^2）或> 10^-27（质量为100 keV/c^2）时，也可以探测到矢量玻色子暗物质。
2013-01-23 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
Searching for axion dark matter gegenschein of the Vela supernova remnant with FAST
本研究首次利用FAST的26.4小时数据搜索船帆座超新星遗迹的轴子暗物质对日照，将特定质量范围的轴子-光子耦合强度限制在2×10^-10 GeV^-1内，约束强于现有FAST星系团搜索结果，未来2000小时观测灵敏度有望达10^-11 GeV^-1。
2025-02-13 astro-ph.CO hep-ph
A 3.55 keV Photon Line and its Morphology from a 3.55 keV ALP Line
星系团可以有效地将类轴子粒子（ALP）转化为光子。我们提出，最近声称检测到的3.55- 3.57 keV线在大量的星系团和仙女座星系的堆叠光谱可能源于标量或费米子$7.1$ keV的暗物质衰变成一个类轴子粒子（ALP）的质量$m_{a} \lesssim 6\cdot 10^{-11}~{\rm eV}$，随后转换成一个光子在集群磁场。与光子线直接来自暗物质衰变或湮灭的模型相反，这可以解释英仙座星系团中的异常线强度。由于轴子-光子转换的尺度为$B^2$，冷核星系团具有较高的中心磁场，该模型也可以解释在英仙座、蛇夫座和半人马座星系团的冷核中观察到的线发射峰值，而不是更大的暗物质晕。我们描述了这种情况下，为未来的观测独特的预测。
2014-03-10 astro-ph.CO hep-ph
Structure Formation Limits on Axion-Like Dark Matter
我们推导了由keV尺度的类轴子粒子（ALP）组成的暗物质（DM）的结构形成极限，这些粒子是通过与光子和标准模型（SM）费米子的相互作用通过冻结产生的。我们采用莱曼α（Ly-α）森林数据集以及观测到的银河系（MW）的subhalos的数量。我们比较使用麦克斯韦-玻尔兹曼和量子统计描述SM浴得到的结果。应该强调的是，对数偏差的存在使生产率的计算复杂化，这不能用简单的幂律行为来参数化。结合X射线边界，所获得的结果排除了质量低于$\sim 19\,\mathrm{keV}$的亲脂性“冻结”ALP DM的可能性。对于疏水ALP的情况下，其中DM夫妇主要SM费米子，ALP DM分布函数的峰值在稍低的动量，因此对于这样的实现，我们发现DM质量较弱的限制。未来的设施，如即将到来的维拉C。鲁宾天文台，将提供测量，目前的界限可以显着改善到$\sim 80\,\mathrm{keV}$。
2021-11-22 astro-ph.CO hep-ph hep-th
The Irreducible Axion Background
暗物质衰变为光子的过程限制了它的寿命，使之比宇宙的年龄大许多个数量级。一个推论是，在宇宙学时间尺度上，任何能衰变成光子的粒子的丰度都被限制在比冷暗物质密度小得多的范围内。我们发现，$\textit{irreducible}$冻结贡献的遗迹密度的轴子是违反该声明的参数空间的很大一部分。这使我们能够对质量范围为$100\rm \;eV - 100\; MeV$的轴子设置严格的约束。在$10\rm \; keV$中，我们对亲电子轴子的约束是$g_{aγγ} \lesssim 8.1 \times 10^{-14}~{\rm GeV}^{-1}$，几乎比用水平分支星建立的边界强三个数量级;在$100~{\rm keV}$中，我们对与电子耦合的亲电子轴子的约束是$g_{aee} \lesssim 8.0 \times 10^{-15}$，几乎比目前的结果强四个数量级。虽然我们关注的是轴子，但我们的论点更一般，可以扩展到例如无菌中微子。
2022-09-20 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Searching for eV-mass Axion-like Particles with Cross Correlations between Line Intensity and Weak Lensing Maps
我们研究了线强度和弱透镜映射之间的交叉相关性，以寻找类轴子粒子（ALP）。eV质量的ALP的辐射衰变可以有助于在光学和红外波长的宇宙背景辐射。线强度映射是在给定光子频率下测量背景发射的独特手段。如果ALP构成宇宙暗物质的丰度，线强度图可以与星系成像调查中弱引力透镜效应探测的大尺度结构相关。我们开发了一个理论框架来预测交叉相关性。然后，我们探讨了潜在的探测ALP与交叉相关在即将到来的星系成像和光谱调查。假设SPHEREx和Vera Rubin天文台的时空遗产巡天（LSST），我们发现ALP衰变的互相关可以大于天体物理线对应的$\sim3000\, {\rm nm}$波长的ALPs与粒子质量的$m_a\sim1\, \mathrm{eV}$和粒子到两个光子的耦合$g_{aγγ}\sim1\times10^{-11}\, \mathrm{GeV}^{-1}$。我们还预测，交叉相关的零检测可以为eV质量ALP设置$g_{aγγ} \lower.5ex\hbox{$ \; \buildrel < \over \sim \; $} 10^{-11}\, \mathrm{GeV}^{-1}$的$2σ$水平上限，从而将当前约束提高$\sim10$倍。通过Fisher分析对SPHEREx和LSST中ALP参数的预期约束进行了预测，为利用大尺度结构数据寻找ALP衰变提供了指导。
2021-04-30 astro-ph.CO hep-ph
Searching for GeV Gamma-Ray Polarization and Axion-Like Particles with AMS-02
本研究评估AMS-02及AMS-100对GeV伽马射线偏振的探测能力，发现AMS-100观测NGC1275可探测轴子类似粒子新参数空间，而银河系源偏振测量受现有实验限制。
2025-10-17 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
New Bounds for Axions and Axion-Like Particles with keV-GeV Masses
我们给出了更新的约束假设的光玻色子与双光子耦合，如轴子或类轴子粒子（ALP）。我们专注于大爆炸核合成（BBN）附近发生衰变的质量和寿命，从而改变重子-光子比和BBN时代和宇宙微波背景（CMB）最后散射时代之间的相对论自由度的数量，特别是这样的$N_{\rm eff}^{\rm CMB} < N_{\rm eff}^{\rm BBN}$和$η^{\rm CMB} < η^{\rm BBN}$。这里提出的新的限制来自普朗克测量的CMB功率谱结合最新的推断原始$^4$他和D/H丰度。我们发现，以前允许的区域在参数空间附近的$m=1\,\rm MeV$和$τ=100\,\rm ms$，一致的QCD轴子所产生的对称性破缺附近的电弱标度，现在排除在$>3σ$的CMB+D/H测量的组合，如果只有ALP和三个热化中微子物种有助于$N_{\rm eff}$。如果存在额外的轻自由度，则该束缚松弛，在这种情况下，其贡献限于$ΔN_{\rm eff}=1.1\pm0.3$。我们给出的预测表明，一些实验预计将达到进一步测试该区域所需的灵敏度，如第四阶段CMB和SUPER-KEKB，后者是对任何额外自由度不敏感的直接测试。
2015-01-16 astro-ph.CO
Searching for dark matter in X-rays: how not to check the dark matter origin of a spectral feature
在最近题为“在X射线中寻找暗物质：如何检查光谱特征的暗物质起源”的预印本[arXiv：1001.0644v1]中，作者声称，一些存档的X射线数据可以用来排除暗物质在20 sigma水平上以5 keV无菌中微子的形式存在。不幸的是，极限推导得不正确。我们指出这种分析的缺点，并表明，与5千电子伏的无菌中微子的光谱特征相一致的试探性检测与现有的限制并不矛盾。未来对矮球状星系的观测将验证这一假设。
2010-01-22 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Searching for keV Sterile Neutrino Dark Matter with X-ray Microcalorimeter Sounding Rockets
亚轨道探空火箭上的高分辨率X射线光谱仪可以搜索产生X射线线的暗物质候选者，例如衰变的keV级无菌中微子。即使曝光时间和有效面积远小于XMM-Newton和Chandra观测，使用探空火箭进行的高分辨率、宽视场观测对衰变无菌中微子也具有竞争性的敏感性。我们分析了2011年由X射线量子量热仪观测到的一个子集，该仪器位于银河系坐标l = 165，b = -5，有效曝光时间为106秒，得到了7 keV中微子在95% CL时的无菌中微子混合角极限sin ^2（2 θ）<7. 2 e-10。在95\% CL下，通过Micro-X仪器对银河系中心进行300秒的观测，可以在sin ^2（2 θ）~ 2.1 e-11水平上获得更高的灵敏度，这为星系团中3.56 keV的多余中微子的无菌中微子解释提供了一个明确的检验。
2015-06-17 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Searching for the 3.5 keV Line in the Stacked Suzaku Observations of Galaxy Clusters
我们对47个红移范围为0.01-0.45的星系团的朱雀星系团叠加观测进行了详细的研究，以寻找未识别的3.5 keV线。此示例为先前检测到的行提供独立测试。我们只检测到一个2sigma显着的光谱特征在3.5千电子伏的全样本的光谱。当样品被分为两个子样品（冷芯和非冷芯集群）时，冷芯子样品在线能量处没有统计学显著的正残差。一个非常弱的（2西格玛置信度）的光谱特征，在3.5千电子伏是允许的数据从非冷核心集群样本。在90%的置信水平下，朱雀星完整样本中中微子衰变混合角的上限与之前在星系团、M31和银河系中心的XMM-牛顿堆叠样本中的探测结果一致（该样本对暗线具有更高的统计敏感性）。然而，从本样本的约束，其中不包括英仙座集群，是在紧张与先前报道的线通量观察英仙座集群的核心与XMM-牛顿和朱雀。
2016-09-19 astro-ph.CO astro-ph.HE
Searching for Ultralight Dark Matter Conversion in Solar Corona using Low Frequency Array Data
本研究利用LOFAR望远镜观测数据搜寻日冕中超轻暗物质共振转化的单色射电信号，给出暗光子-光子动力学混合耦合及轴子-光子耦合的新上限，其中暗光子耦合约束较此前提升约一个数量级。
2024-01-31 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Robust cosmological constraints on axion-like particles
质量在keV-GeV范围内的类轴子粒子对我们宇宙的宇宙学演化有着深远的影响，特别是对大爆炸核合成过程中产生的轻元素的丰度。由此产生的限制是在实验室中的搜索的补充，并提供有关参数空间中的给定点的有效性的有价值的额外信息。一个潜在的缺点是，改变宇宙历史可能会削弱甚至完全使这些边界无效。因此，本文的主要目的是评估的keV-GeV区域的轴子粒子的宇宙学约束的鲁棒性，允许各种额外的影响，可能会削弱标准的情况下的界限。利用最新的原始丰度的测定以及来自宇宙微波背景的信息，我们发现，虽然边界确实可以被削弱，非常相关的鲁棒约束仍然存在。
2020-06-08 astro-ph.CO hep-ph
Axion searches with the EDELWEISS-II experiment
我们提出了新的约束的耦合的轴子和更一般的轴子粒子使用的数据从EDELWEISS-II实验。EDELWEISS实验位于Modane地下实验室，主要目的是使用锗测辐射热计直接探测WIMP。它对太阳或暗物质轴子引起的低能电子反冲也很敏感。使用的总曝光量高达448公斤。天，我们寻找轴子引起的电子反冲下降到2.5千电子伏的四种情况下，涉及不同的假设的起源和耦合的轴子。我们设置了一个95%的CL限制耦合到光子$g_{Aγ}<2.13\times 10^{-9}$ GeV $^{-1}$在一个质量范围内不完全涵盖的轴子日光镜。我们也限制耦合到电子，$g_{Ae} < 2.56\times 10^{-11}$，类似于更间接的太阳中微子约束。最后，我们对$g_{Ae}\times g_{AN}^{\rm eff}<4.70 \times 10^{-17}$进行了限制，其中$g_{AN}^{\rm eff}$是$^{57}$ Fe的有效轴子-核子耦合。结合这些结果，我们完全排除了DFSZ轴子的质量范围$0.91\,{\rm eV}<m_A<80$ keV和KSVZ轴子的质量范围$5.73\,{\rm eV}<m_A<40$ keV。
2013-07-04 astro-ph.CO 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
Searching for dark-matter waves with PPTA and QUIJOTE pulsar polarimetry
本文利用广义Lomb-Scargle周期图分析QUIJOTE和PPTA的脉冲星偏振数据，并考虑轴子场随机性，在10⁻²³–10⁻¹⁹ eV质量范围内获得了轴子-光子耦合的最强限制，并展望了未来脉冲星偏振测量的探测潜力。
2023-09-22 astro-ph.CO hep-ph
DAMA/LIBRA annual modulation and Axion Quark Nugget Dark Matter Model
DAMA/LIBRA实验显示了$(1-6)~ {\rm keV}$能量范围内年度调制的$9.5 σ$证据，强烈表明所观察到的调制具有暗物质起源。然而，传统的解释在WIMP核子相互作用被排除在其他实验。我们提出了一个替代源的调制形式的中子，这已经从周围的材料中解放出来。我们的计算基于所谓的Axion Quark Nugget（AQN）暗物质模型，该模型最初是为了解释暗物质密度和可见宇宙物质密度之间的相似性而发明的，即$ Ω_{\rm dark} \sim Ω_{\rm visible}$。在我们的建议中，年度调制被证明是产生在keV的能量范围内，这是一致的DL观测$(1-6)~ {\rm keV}$范围。在我们的提议中，这个keV的能量尺度主要是由AQN暗物质粒子发射的中微子的光谱特性决定的，而没有能量超过6 keV的调制是由中微子能谱在$\sim 15$ MeV处的急剧截止来解释的。该方案可以直接通过COSINE-100、ANAIS-112、CYGNO等类似实验进行测试。还可以通过研究这些实验的信号与设计用于使用分布式声学传感（DAS）等仪器研究次声或地震事件的完全不同的检测器的特征之间的相关性来进行测试。
2020-04-09 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Probing Heavy Axion-like Particles from Massive Stars with X-rays and Gamma Rays
本文提出利用大质量恒星内部产生的重类轴子粒子衰变为光子的信号，通过X射线和伽马射线望远镜探测轴子-光子耦合，在10-100 keV质量范围内可达g_{aγ}约4×10^{-11} GeV^{-1}的灵敏度，拓展了ALP参数空间的新区域。
2024-12-30 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Searching For Dark Matter with Plasma Haloscopes
我们总结了轴子纵向等离子体晕镜（ALPHA）联盟，一个新的实验合作，建立一个等离子体晕镜寻找轴子和暗光子的最新进展。等离子体晕圈仪是一种探测光暗物质到光子共振转换的新方法。阿尔法将在近十年的参数空间中对QCD轴子敏感，有可能发现暗物质并解决强CP问题。与传统的腔体天体探测器不同，传统的腔体天体探测器通常在体积上受到暗物质的康普顿波长的限制，等离子体天体探测器使用金属丝超材料来创建可调谐的人工等离子体频率，将光的波长与康普顿波长解耦，并允许更强的信号。我们发展的理论基础等离子体haloscope和讨论最近的实验进展。最后，我们概述了一个基线设计的ALPHA和显示，一个全面的实验可以发现QCD轴子在近十年的参数空间。
2023-03-22 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Searching for Axion-like particle Dark Matter with Time-domain Polarization: Constraints from a protoplanetary disk
The University of Tokyo（东京大学）；National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台）；Ochanomizu University（御茶水女子大学）；Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI)（Kavli宇宙物理数学研究所（WPI））；Graduate University for Advanced Studies, SOKENDAI（综合研究大学院大学）
通过原行星盘偏振数据约束ALP-光子耦合，首次推导出上限并预报高灵敏度检测潜力
2026-09-25 astro-ph.CO astro-ph.EP hep-ph
Cosmological bounds on sub-MeV mass axions
质量大于0.7 eV的轴子被宇宙学精确数据排除在外，因为它们提供了太多的热暗物质。虽然对于质量超过20 eV的轴子寿命下降到宇宙的年龄以下，我们表明，宇宙学的排斥范围可以从0.7 eV扩展到300千电子伏，主要是由宇宙氘丰度：轴子衰变将强烈修改重子光子比在BBN相对于一个在CMB去耦。其他的论点包括中微子稀释相对于光子的轴子衰变和光谱CMB扭曲。我们新的宇宙学约束补充了恒星演化极限和实验室界限。
2011-01-21 astro-ph.CO hep-ph
Searching for the 3.5 keV Line in the Deep Fields with Chandra: the 10 Ms observations
在本文中，我们报告了一个系统的搜索约3.5 keV的宇宙X射线背景光谱中使用的$\sim$ 10 MS钱德拉观测对COSMOS遗产和CDFS调查领域的发射线。我们发现一个边缘的证据，在能量$\sim$ 3.51千电子伏的一个功能的意义为2.5-3 $σ$，这取决于选择的统计处理。当使用简单的$Δχ^2$或$10.2\ ^{+0.2}_{-0.4} \times10^{-7}$ ph cm $^{-2}$ s $^{-1}$（当使用MCMC时）时，线强度最佳拟合为$8.8\ \pm\ {2.9}\times10^{-7}$ ph cm $^{-2}$ s $^{-1}$。根据我们对$Chandra$的了解，以及报告的通过其他仪器检测到该线的情况，该线的仪器来源仍然不太可能。但是我们不能排除统计波动，在这种情况下，我们的结果提供了3 $σ$的上限为1.85 $\times$ 10 $^{-6}$ ph cm $^{-2}$ s $^{-1}$。我们讨论的解释，这条观察到的线的铁线背景; S { \sc XVI}电荷交换以及潜在的无菌中微子衰变。我们注意到，我们的检测是一致的，与以前的测量这条线对银河系中心，并可以建模为结果的无菌中微子衰变从银河系的暗物质分布建模为NFW配置文件。对于这种情况，我们估计质量m $_ν\sim$为7.01 keV，混合角sin $^2$（2 $θ$）= 0…
2018-01-26 astro-ph.CO astro-ph.HE
Searching for axion-like time-dependent cosmic birefringence with data from SPT-3G
超轻类轴子粒子（ALP）是引人注目的暗物质候选者，因为它们有潜力解决$Λ$ CDM预测和宇宙学观测之间的小尺度差异。轴子-光子耦合会在通过ALP场的线性偏振光子中引起偏振旋转;因此，当局部ALP暗物质场随时间振荡时，远处的静态偏振源将出现与ALP质量成比例的频率振荡。我们使用的宇宙微波背景从SPT-3G，南极望远镜上的电流接收器，设置上限的值的轴子光子耦合常数$g_{ϕγ}$的近似质量范围$10^{-22} - 10^{-19}$ eV，对应的振荡周期从12小时到100天。对于1 - 100天（$4.7 \times 10^{-22} \text{ eV} \leq m_ϕ\leq 4.7 \times 10^{-20} \text{ eV}$）的时间段，其中限值近似恒定，我们设定中位95% C. L。天空偏振旋转幅度的上限为0.071 °。假设暗物质由一个ALP物质组成，其局部暗物质密度为$0.3\text{ GeV/cm}^3$，这对应于$g_{ϕγ} < 1.18 \times 10^{-12}\text{ GeV}^{-1} \times \left( \frac{m_ϕ}{1.0 \times 10^{-21} \text{ eV}} \right)$。这些新的限值比使用相同效应设置的先前最强限值提高了约3.8倍。
2022-08-29 astro-ph.CO hep-ex
