Axions as Dark Matter Particles
我们回顾了轴子作为暗物质的现状。动机,模型,约束和实验搜索概述。轴子仍然是暗物质的一个很好的候选者,未来的实验,特别是轴子暗物质实验(ADMX),将覆盖轴子参数空间的很大一部分。
2009-04-21 astro-ph.CO hep-ph
Dark photon relic dark matter production through the dark axion portal
利用最近提出的暗轴子门,提出了一种在早期宇宙中借助轴子($a$)产生暗光子($γ'$)的新机制。暗光子是暗区的一种轻规范玻色子,如果它的寿命足够长,它可以成为一种遗迹暗物质。我们考虑的主要过程是由光子介导的Primakoff过程$f a \to f γ'$的变体,这是可能的轴子-光子-暗光子耦合。在早期宇宙中,由于强相互作用的存在,轴子被热化,通过暗轴子门耦合,轴子参与了非热暗光子的产生。它提供了一个双组分的暗物质扇区,轴子暗物质的残余密度亏损问题可以通过暗光子的补偿来解决。暗光子暗物质也可以通过$γ' \to γa$衰变来解决报告的3.5 keV $X$ -射线过剩。
2017-06-02 astro-ph.CO hep-ph
Reheating-Induced Axion Dark Matter After Low Scale Inflation
轴子和暴胀子之间的动力学混合允许产生轴子暗物质,即使暴胀哈勃尺度小于零温度轴子质量。我们分析了这个最近发现的“inflaxion”框架中的轴子动力学,并提出了一个新的宇宙学的情况下,轴子漂移远离其真空期间的再加热时代,引起了观察到的暗物质丰度。我们讨论了量子色动力学的轴子和类轴子粒子的影响。
2020-09-09 astro-ph.CO hep-ph
Axion Dark Matter Detection using Atomic Transitions
暗物质轴子可能会引起原子状态之间的跃迁,这些原子状态的能量差异等于轴子质量。这样的能量差可以方便地使用塞曼效应来调节。建议通过将千克大小的样品冷却到毫开尔文温度来寻找暗物质轴子,并使用激光技术计数轴子诱导的跃迁。这似乎是一个合适的方法来探测$10^{-4}$ eV质量范围内的轴子暗物质。
2020-05-31 hep-ex hep-ph
Probing the Dark Axion Portal with Muon Anomalous Magnetic Moment
我们提出了一个新的方案,使用暗轴子门户在单圈水平来解释最近观察到的μ子异常磁矩的费米实验室μ子g-2的实验。轴子/类轴子粒子(ALP)和暗光子都与光子处于同一顶点。虽然单独的ALP或暗光子都不能解释μ子$g-2$,但由于前者只提供负贡献,而后者具有非常有限的参数空间,暗轴子门可以挽救这种情况,并显着扩展允许的参数空间。观测到的μ子异常磁矩提供了一个强大的探测暗轴子门户的情况。
2021-09-30 hep-ex hep-ph
Resonant instability of axionic dark matter clumps
轴子是暗物质粒子的热门候选者。轴子暗物质可以形成玻色-爱因斯坦凝聚体,并且可以被引力束缚以形成轴子团块。在频率为$ω=m_{a}/2$的电磁波的存在下,其中$m_{a}$是轴子质量,可能发生共振增强,导致轴子团的不稳定性。本文用解析和数值方法研究了无限大均匀质量分布和有限边界分布的轴对称暗物质团簇的共振不稳定性。在考虑了引力红移和等离子体效应等实际天体物理环境后,我们得到了一个在轴子密度-团簇尺寸参数空间中的不稳定区域,该不稳定区域具有一定的质量和轴子耦合.特别是,我们表明,由QCD轴子在平衡状态下形成的轴子团块,不会发生共振不稳定性。
2020-06-20 astro-ph.CO hep-ph
Axion dark matter and the 21-cm signal
参考文献[1]表明,冷的暗物质轴子与重子热接触,因此在轴子之间热化并形成玻色-爱因斯坦凝聚体后不久就冷却了重子。最近由EDGES合作组观测到的宇宙黎明时重子温度低于“标准”假设下的预期,这被解释为暗物质是轴子的新证据,至少部分是这样。发现由暗物质轴子引起的重子冷却与观测到的重子声学振荡是一致的。
2018-08-01 astro-ph.CO hep-ph
QCD Axion Dark Matter with a Small Decay Constant
QCD轴子是一个很好的暗物质候选者。观测到的暗物质丰度可能是由未对准或缺陷机制引起的,这通常需要一个轴子衰变常数$f_a \sim \mathcal{O}(10^{11})$ GeV(或更高)。我们介绍了一个新的宇宙学起源的轴子暗物质,参数共振的Peccei-Quinn对称性破缺场的振荡,这需要$f_a \sim (10^8 -10^{11})$ GeV。在大尺度结构中,轴子的温度可能足以偏离冷的暗物质。
2018-07-26 astro-ph.CO hep-ph
Cosmology of axion dark matter
本文综述轴子暗物质宇宙学,涵盖早期宇宙产生机制、轴子质量预言、宇宙学界限及直接与间接探测,为当前搜寻提供关键背景。
2024-05-27 astro-ph.CO hep-ph
Electroweak Axion as the Fuzzy Dark Matter -- A Proposal for the Mixed Fuzzy and Cold Dark Matters
电弱轴子与质量为$m\simeq 10^{-20}$ -- $10^{-19}\,{\rm eV}$的模糊暗物质相同。该模型预测了暗物质的两种成分,一种是超轻物质,另一种是类似WIMP的物质。预言了模糊暗物质与光子之间的Chern-Simons型相互作用和质子的$B+L$破缺衰变。
2022-11-29 astro-ph.CO hep-ph
A collider observable QCD axion
我们提出了一个模型,其中的QCD轴子是在TeV规模和可见的碰撞通过其衰变。共形动力学和强CP的考虑占的轴子耦合足够强的标准模型产生以及弱标度和轴子质量之间的重合。该模型预测额外的伪标量色八位字节的属性是完全由轴子属性渲染的理论可测试的。
2016-11-09 hep-ex hep-ph
Axion dark matter: strings and their cores
轴子是一个很好的暗物质候选者,如果PQ对称性破缺发生在暴胀之后,应该可以对轴子质量和轴子暗物质密度之间的关系做出清晰的预测。我们表明,轴子(或其他全球性)弦网络在3D网络密度依赖于弦分离核心的比例。这个对数在轴子宇宙学中比我们在数值模拟中所能达到的大10倍左右。我们模拟了早期宇宙中的轴子生产,发现对于我们可以实现的分离到核心的比率,网络密度的变化对轴子生产效率的影响很小。
2015-08-31 astro-ph.CO hep-ph
Axion Dark Matter Search around 6.7 $μ$eV
本文报道了用CAPP-8 TB型晕圈仪对轴子暗物质的研究。我们的结果是敏感的轴子-光子耦合$g_{aγγ}$下降到QCD轴子带的轴子质量范围在6.62和6.82 $μ$ eV之间在90\%的置信水平,这是最敏感的结果在质量范围内的日期。
2020-03-16 hep-ex hep-ph
Axion Dark Matter Detection by Superconducting Resonant Frequency Conversion
我们提出了一种方法来寻找轴子暗物质与一个专门设计的超导射频腔,目标质量$m_a \lesssim 10^{-6} \text{ eV}$的轴子。我们的方法利用轴子诱导的频率$\sim$ GHz的近简并共振模式之间的转换。通过改变两种模式之间的频率分裂来实现对轴子质量的扫描。与传统方法相比,这允许用于轻于GHz的轴子的参数增强的信号功率。投影灵敏度覆盖了$10^{-8} \text{ eV} \lesssim m_a \lesssim10^{-6} \text{ eV}$的QCD轴子暗物质和像$m_a \sim 10^{-14} \text{ eV}$一样轻的类轴子暗物质的未探索的参数空间。
2019-12-23 hep-ex hep-ph
The Cosmophenomenology of Axionic Dark Radiation
相对论性轴子是暗辐射的好候选者,因为有越来越多的观测线索。重场的原始衰变产生的轴子与热化物质相比是超能量的,并且非弹性轴子-物质散射可以与$E_{CoM} \gg T_γ$一起发生,从而访问许多在标准宇宙学中否则运动学禁止的有趣过程。BBN期间轴子-光子散射到夸克和轻子中影响轻元素丰度,以及$^4$过量产生的界限He限制了轴子衰变常数和再加热温度的组合。对于超对称模型,轴子散射到可见扇区超伴子中可以直接在$T_γ \ll T_{freezeout}$产生暗物质。大多数轴子--或任何其他来自模衰变的暗辐射候选者--今天仍然作为宇宙轴子背景与$E_{axion} \sim \mathcal{O}(100) eV$和$\sim 10^6 cm^{-2} s^{-1}$的通量徘徊。
2014-12-01 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter and Baryon Asymmetry from Monopole-Axion Interactions
Indiana University(印第安纳大学);University of Chicago(芝加哥大学);The University of Tokyo(东京大学);Fermi National Accelerator Laboratory(费米国家加速器实验室);Boston University(波士顿大学);Harvard University(哈佛大学)
提出一种新机制,通过旋转轴子与暗磁单极的相互作用耗散轴子动能,同时解释暗物质密度和重子不对称性,预测轴子衰变常数低于10^9 GeV。
2026-06-03 astro-ph.CO hep-ph
QCD Axion and Dark Energy
弦允许的离散对称性是低能下可接受的有效整体对称性之母。在此基础上,我们讨论了暗能量、量子色动力学轴子和暴胀现象,并对最近的BICEP 2数据进行了一些推测。
2014-09-11 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological constraints on axionic dark radiation from axion-photon conversion in the early Universe
轴子在弦论中似乎无处不在,其中一些可能是由重标量衰变产生的非热,有助于暗辐射。研究了在原初磁场存在下,由轴子暗辐射通过轴子-光子转换产生的光子的各种宇宙学效应,导出了轴子-光子耦合与原初磁场结合的严格约束.
2013-08-28 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Cosmology and direct detection of the Dark Axion Portal
暗轴子门户提供了一个暗物质(DM)模型,其中暗光子$γ^\prime$和轴子$a$都可以对当今DM的丰度做出贡献。我们研究的参数空间的暗轴子门户精确定位区域的参数空间,$γ^\prime$和$a$可以产生足够的丰度占宇宙DM密度,同时仍然是可检测的计划直接检测和轴子晕镜实验。特别是,我们探讨的eV级暗光子在黑暗的轴子门户网站的生产,考虑到可能的动力学混合之间的黑暗和可见光子,这是必不可少的暗光子通过吸收直接搜索检测。我们发现,非零动力学混合一般不会破坏模型的现象,使轴子和暗光子稳定。可行的生产机制指向暗光子的次主导人口构成DM的$\lesssim 10\%$,其余的由轴子DM。质量范围为$m_{γ^\prime} \sim 20-200\,\mathrm{eV}$的暗光子和质量范围为$m_a \sim 30 - 400\,μ\mathrm{eV}$的轴子可能在暗轴子门户中以这些丰度自洽地产生,并且在未来的直接搜索范围内。
2022-02-03 astro-ph.CO hep-ph
The 7 keV axion dark matter and the X-ray line signal
我们提出了一个方案,其中的saxion主导的能量密度的宇宙和重新加热的标准模型部门通过超对称耦合,而它的轴子伙伴有助于暗物质衰变成光子通过相同的运营商在超对称。有趣的是,对于轴子质量$m_a \simeq 7$ keV和衰变常数$f_a \simeq 10^{14-15}$ GeV,最近发现的X射线线在$3.5$ keV的XMM牛顿X射线观测数据可以解释。我们讨论了不同的宇宙学方面的$7$千电子伏的轴子暗物质,如生产的轴子暗物质,轴子衰变过程,热暗物质和等曲率约束的轴子暗物质,和可能的重子生成的情况。
2014-03-02 astro-ph.CO hep-ph
Axion Dark Radiation: Hubble Tension and Hyper-kamiokande Neutrino Experiment
在这项工作中,我们研究了一个超对称轴子模型的暗扇区,包括晚衰变的引力子/轴子暗物质和轴子暗辐射。在早期宇宙中,轴子的标量超伴子(saxion)的衰变会产生大量的熵。附加熵不仅可以稀释引力子/轴子暗物质的残余密度,避免宇宙的过封闭,而且可以放松对暴胀后再加热温度$T_{R}$的约束。同时,由介子衰变产生的轴子暗辐射将增加中微子种类$N_{\rm eff}$的有效数量,这有助于降低宇宙学哈勃张力。在宇宙晚期,长寿命的引力子/轴子暗物质的衰变产生了具有MeV量级动能的轴子。我们研究了在中微子实验中通过逆Primakoff过程$a+A \to γ+ A$寻找高能轴子的可能性。
2022-04-15 astro-ph.CO hep-ph
A forecast of the sensitivity of the DALI Experiment to Galactic axion dark matter
本研究通过蒙特卡洛模拟,估算了新一代法布里-珀罗暗物质晕望远镜DALI对25-250 μeV能段银河系轴子暗物质的探测灵敏度,轴子或可同时解决强相互作用电荷-宇称对称问题与暗物质谜题。
2024-01-15 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
Axions and Dark Matter
暗物质构成了宇宙总能量密度的大约$23\%$,但除了它应该是由冷的和弱相互作用的粒子组成之外,它的性质仍然知之甚少。许多超越标准模型的理论可以提供合适的候选者作为暗物质和轴子引入解决强CP问题被证明是一个有吸引力的。在本文中,我们简要地回顾了轴子和轴子暗物质的几个重要特征。
2017-02-26 astro-ph.CO hep-ph
Axion BEC Dark Matter
冷的暗物质轴子通过引力自相互作用而热化,并且当光子温度达到大约500 eV时形成玻色-爱因斯坦凝聚体。轴子玻色-爱因斯坦凝聚提供了一个机会,区分轴子从其他暗物质候选人的基础上观察。即将落入银河系势阱的轴子的再热化使它们获得净整体旋转,而普通的冷暗物质则以无旋速度场落入势阱。在这两种情况下,星系晕的内焦散线是不同的。
2011-11-16 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Relaxation through the Dark Axion Portal
暗轴子入口是类轴子粒子与暗光子的耦合,暗光子与可见光子动力学混合。我们展示了这个门户网站,当应用到松弛,可以导致宇宙学松弛的弱尺度使用暗光子生产。关键的逆反应机制涉及施温格效应:只要电弱对称性未被破坏,携带暗毫电荷的无质量标准模型费米子的施温格产生会抑制暗光子的产生。一旦电弱对称性被打破,费米子获得质量,抑制被解除。一个增强的暗光子耗散,然后陷阱的弛豫在一个自然的小弱标度。因此,我们的模型提供了一个新的联系之间的现象学暗轴子门户,暗光子,希格斯质量的层次问题。
2022-07-08 astro-ph.CO hep-ph
First Results from ABRACADABRA-10cm: A Search for Low-Mass Axion Dark Matter
暗物质的存在为标准模型之外的物理学的存在提供了一些最切实的证据。一个引人注目的暗物质候选者是轴子,这是一种轻玻色子,最初被假定为另一个悬而未决的问题的解决方案,QCD中的强CP问题。ABRACADABRA是一个寻找亚$μ$ eV轴子和类轴子暗物质的实验计划。它搜索轴子引起的修改麦克斯韦方程与环形磁铁和SQUID磁强计。本文将介绍ABRACADABRA-10 cm原型探测器的第一批结果。
2019-05-16 hep-ex hep-ph
Axion Gegenschein: Probing Back-scattering of Astrophysical Radio Sources Induced by Dark Matter
我们研究了一种新的技术,用于天体物理探测的轴子或类轴子粒子在银河系的暗物质晕的基础上受激衰变的轴子,我们称之为轴子盖根舍因发射。来自已知最亮的射电源的光子,其频率等于轴子质量的一半,在穿过暗物质晕传播时,会刺激轴子衰变,导致在轴子静止坐标系中与入射光子完全相反的方向上的无线电发射,并为每个射电源创建一个反源,图像被暗物质速度色散平滑。我们计算了天鹅座A的轴子盖根沙因反源(最亮的河外射电源)的通量,以及可以用SKA设置的轴子-光子耦合常数$g_{aγ}$的极限。我们发现这种方法是更强大的比以前的建议的基础上寻找附近的矮星系或银河系的轴子衰变的无线电发射。预测的极限仍然比QCD轴子模型的预测高得多,并且可以通过实验室搜索在具有类似于ADMX实验的强磁场的谐振腔中产生的无线电波来设置极限,尽管这种观察将直接测量通过星系晕的暗物质的柱密度,因此不受暗物质分布中可能的子结构的影响。
2020-08-06 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
Resonant production of dark photons from axion without a large coupling
本文提出一种新情景,通过trapped misalignment机制延迟轴子振荡,在无需大耦合的情况下高效产生暗光子,并显著降低暗光子极化不对称性及引力波。
2023-03-09 astro-ph.CO hep-ph
Dark Photon Dark Matter Produced by Axion Oscillations
尽管人们对以假想的暗光子形式寻找超轻暗物质的兴趣越来越大,并付出了大量努力,但它如何符合一致的宇宙学尚不清楚。已知先前提出的几种暗光子暗物质产生机制具有局限性,至少在某些实验感兴趣的质量范围内。在这封信中,我们探索了一种新的机制,相干振荡的类轴子场可以有效地转移其能量密度的暗光子场通过快子不稳定性。剩余的轴子残骸随后通过与可见部分的耦合而耗尽,只留下暗光子作为暗物质。我们保证了轴子和暗光子的宇宙学与现有的约束条件是一致的。我们发现,该机制适用于广泛的暗光子质量,包括正在进行的实验和拟议的检测技术的兴趣。
2019-05-02 astro-ph.CO hep-ph
Unifying inflation and dark matter with the Peccei-Quinn field: observable axions and observable tensors
提出了一个高尺度暴胀模型,其中Peccei-Quinn(PQ)场的径向部分与引力的非最小耦合起暴胀子的作用,QCD轴子是暗物质.如果PQ场在暴胀期间位于比真空中更大的半径处,则$\mathcal{O}(H/2π)$在轴子场中的量子涨落将导致更小的角涨落。这改变了膨胀期间的有效轴子衰减常数$f_a$,并显著减少了等曲率模式的产生。这种机制打开了一个新的窗口,在参数空间中的范围$10^{12}\text{ GeV}\lesssim f_a\lesssim 10^{15}\text{ GeV}$的轴子衰变常数是兼容的可观察到的大$r$。$f_a$允许的精确范围取决于再加热的效率。该模型还预测了$r=10^{-3}$的最小可能值。新的窗口可以探索通过测量$r$可能与\textsc{Spider}和建议CASPEr实验搜索高$f_a$轴子。
2014-10-07 astro-ph.CO hep-ph
Detecting ultralight axion dark matter wind with laser interferometers
质量在$10^{-22}$ eV左右的超轻轴子被认为是暗物质的候选者。超轻轴子的一个特殊特征是随时间振荡的压力,这会产生引力势的振荡。由于太阳系以大约$v \sim 300 \, \text{km} / \text{s} = 10^{-3}$的速度穿过暗物质晕,因此存在轴子风,对我们来说,它看起来像标量引力波。因此,有可能通过使用激光干涉仪探测器来探测具有宽质量范围的超轻轴子暗物质。我们计算了由超轻轴子场的振荡压力引起的探测器信号,这将被未来的激光干涉仪实验所探测到。我们还认为,探测器的信号可以增强由于共振的修正引力理论解释的暗能量。
2017-06-08 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Roles of Dark Photons in Axion-induced Electroweak Baryogenesis
本文研究轴子通过反常耦合与暗光子相互作用时在电弱重子生成中的多重宇宙学角色,揭示暗光子既能压低轴子衰变以规避天体物理约束,又可作为冷暗物质或暗辐射候选者,并阐明其产生机制。
2025-02-09 astro-ph.CO hep-ph
Axions as Hot and Cold Dark Matter
热暗物质成分的存在已经被不同宇宙学观测结果的组合暗示为3 σ。我们研究的可能性,伪南武-戈德斯通玻色子占热和冷的暗物质组件。我们证明了当轴子衰变常数f_a < O(10^10)GeV时,如果它们是由介子衰变和畴壁湮灭产生的,则QCD轴子可以完成这一工作。我们还研究了热QCD轴子,伪Nambu-Goldstone玻色子耦合到标准模型部门通过希格斯门,和轴子产生的模衰减的情况下。
2013-10-07 astro-ph.CO hep-ph
Can the dark matter halo be a collisionless ensemble of axion stars?
如果暗物质主要由轴子组成,则密度分布可以是不均匀的,而是团簇状的。通过求解具有类轴子势能密度的标量场的Einstein-Klein-Gordon系统,得到了由轴子构成的自引力系统的最大质量,称之为轴子星.轴子星与中子星的碰撞可能会释放出轴子的能量,这是由于轴子在中子星的磁场存在下转化为光子。我们估计的能量释放,并表明它应该比以前的估计少得多。未来的数据从飞秒透镜应该强烈限制这种情况。
2013-06-14 astro-ph.CO hep-ph
Axion dark matter with thermal friction
在早期宇宙中,轴子场的宇宙学演化可能受到轴子与热化隐扇区耦合引起的热摩擦的显著影响。我们研究了这种热摩擦对轴子暗物质密度及其扰动的影响,当热摩擦超过哈勃摩擦时,直到轴子场开始围绕潜在的最小值振荡。我们表明,在存在相当大的热摩擦,可以有一个指数衰减阶段的轴子场之前的振荡阶段,在此期间的轴子能量密度有效地消散到隐藏的热浴。因此,先前排除的参数区域,由于过度封闭的遗迹轴子密度成为宇宙学上可行的热摩擦。特别是,一个比$μ$ eV轻得多的QCD轴子是可行的,而不需要调整初始失准角。我们还发现热摩擦可以通过多种方式影响轴子暗物质的密度扰动。例如,它可以减轻在暴胀前PQ破坏场景中轴子暗物质上的大尺度等曲率约束,这将使暴胀前轴子暗物质在宽范围的模型参数上与高尺度暴胀相容。在后暴胀PQ破缺的情况下,热摩擦也可以显著改变轴子弦的标度行为,从而改变所得轴子微团的典型尺寸。
2023-02-27 astro-ph.CO hep-ph
Using Axion Miniclusters to Disentangle the Axion-photon Coupling and the Dark Matter Density
针对轴子 haloscope 只能测量 $g^{2}_{aγγ}ρ_{\ m DM}$ 组合的简并问题,本文提出利用与合适尺寸轴子微团簇相遇时的光谱信息推断其引力势,从而分别测定轴子-光子耦合与微团簇密度。
2024-04-08 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter in Axion Landscape
如果自然界中有过多的轴子,它们可能具有复杂的势能,并创造出轴子景观。我们研究了一种可能性,其中一个轴子是如此之轻,它是宇宙稳定的,解释了观察到的暗物质密度。特别是,我们专注于两个(或更多)的移位对称性破缺项合谋使轴子足够轻的潜在最小值的情况下。在这种情况下,轴子具有平底势。在对比的情况下,其中一个单一的余弦项占主导地位的潜力,轴子丰度以及其isocurvature扰动显着抑制。这使得一个质量相当大的轴子可以充当暗物质,而不需要微调初始的不对准,并进一步使更高尺度的暴胀与这种情况相一致。
2017-03-02 astro-ph.CO hep-ph
New Source for QCD Axion Dark Matter Production: Curvature Induced
İstinye University(伊斯坦耶大学);Tel-Aviv University(特拉维夫大学);Johannes Gutenberg University(约翰内斯·古腾堡大学);The University of Osaka(大阪大学);Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY(德国电子同步加速器中心);Universität Hamburg(汉堡大学);Universitat de València-CSIC(瓦伦西亚大学-西班牙国家研究委员会);Khon Kaen University(孔敬大学)
本文提出通过曲率扰动与快速滚动背景场的乘积生成QCD轴子暗物质的新机制,并探讨其在暗物质参数空间中的应用及实验验证可能性。
2026-01-09 astro-ph.CO hep-ph
Rotating Drops of Axion Dark Matter
我们考虑如何QCD轴子产生的错位机制可以形成银河系暗物质晕。我们记得,静止的、引力稳定的轴子场结构的大小相当于一颗质量为$10^{-13} $太阳质量的小行星(因为梯度压力不足以支撑一个更大的物体)。我们称这种场结构为“液滴”。我们探讨了旋转液滴是否可以更大,并发现它们的质量可以增加10倍。值得注意的是,这个质量与在膨胀后产生的轴子的情况下由未对准轴子产生的微团簇的质量相当。我们推测,今天的错位轴子是以液滴的形式出现的,像小行星的分布一样(而不是作为一个相干振荡的背景场)对暗物质起作用。我们考虑了一些观测到的水滴特征,这些特征似乎与由轴子暗物质组成的星系晕一致。
2016-03-14 astro-ph.CO hep-ph
The Flavor of QCD Axion Dark Matter
本文论证一致的宇宙学历史排除了畴壁和强相互作用遗迹,从而确定了两种强子QCD轴子实现作为可行的暗物质模型,其具有低能下不被抑制的违反味的夸克耦合,使得NA62和KOTO实验能通过探测$K\ ightarrowπ+ a$衰变来检验该暗物质模型。
2023-10-26 astro-ph.CO hep-ph
Hunting for Axionlike Dark Matter by Searching for an Oscillating Neutron Electric Dipole Moment
我们报告的超低质量类轴子暗物质的搜索通过分析的比存储的超冷中子和$^{199}$ Hg原子的自旋旋进频率的轴子诱导振荡的电偶极矩的中子和轴子风自旋旋进效应。没有观察到与暗物质一致的轴子质量范围$10^{-24}~\textrm{eV} \le m_a \le 10^{-17}~\textrm{eV}$的信号。我们的零结果设置的第一个实验室的约束耦合的轴子暗物质胶子,提高了3个数量级的天体物理学的限制,也提高了以前的实验室约束的轴子耦合到核子的一个因素的40。这些结果最初发表在Phys. Rev. X 7,041034中,本文主要是对其进行总结。
2018-05-25 hep-ex hep-ph
Heavy QCD axion dark matter from avoided level crossing
本文提出QCD轴子与惰性轴子混合时,其质量本征态的避免能级交叉可将能量密度几乎完全转移给QCD轴子,从而在更高达meV至eV量级的质量范围内自然产生全部暗物质,为未来直接探测实验提供理论依据。
2023-10-29 astro-ph.CO hep-ph
Strong CP problem and axion dark matter with small instantons
如果量子色动力学在高能量下得到强耦合,轴子质量会从小的瞬子那里得到很大的修正。我们讨论了由于小瞬子对紫外物理的敏感性而引起的新CP破坏相的大小。我们还讨论了质量修正对宇宙轴子丰度的影响。考虑到小瞬子的贡献,我们提出了一个自然的方案,轴子暗物质的轴子衰变常数是大的$10^{15\text{-}16}$ GeV。这种情况适用于高尺度通货膨胀模型。
2021-03-15 astro-ph.CO hep-ph
Axion Bose-Einstein Condensation: a model beyond Cold Dark Matter
如果轴子热化,冷的暗物质轴子就会形成玻色-爱因斯坦凝聚体。最近,人们发现当光子温度达到T ~ 100 eV(f/10^1/2GeV)^1/2时,它们确实会热化,而且此后它们会继续热化。我们讨论了轴子BEC和CDM在密度微扰演化的线性区和非线性区的区别。我们发现,轴子BEC提供了一个机制,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。
2010-04-15 astro-ph.CO hep-ph
Axion Dark Matter Detection with CMB Polarization
指出了利用宇宙微波背景(CMB)极化测量寻找低质量轴子暗物质的两种方法。特别是,这些似乎是直接探测模糊暗物质的最有希望的方法。轴子暗物质使穿过它的光的偏振方向发生旋转,这在宇宙微波背景中产生了两种新的现象。首先,轴子场的后期振荡导致CMB偏振在整个天空中同相振荡。第二,轴子场的早期振荡洗掉了在最后散射时产生的极化,与标准预测相比,降低了极化分数(TE和EE功率谱)。由于轴子场是振荡的,普通的(静态的)“宇宙双折射”搜索不适合轴子暗物质。这两种现象可以用来寻找质量范围较轻一端的轴子暗物质,其范围超过当前限制的几个数量级。我们设置了一个限制,从冲洗效果使用现有的普朗克结果,并发现显着的未来发现的潜力,特别是CMB探测器搜索的振荡效应。
2019-07-30 astro-ph.CO hep-ph
Mainly axion cold dark matter from natural supersymmetry
通过避开超对称(自然超对称或SUSY)的电弱和QCD部分的微调,并通过调用SUSY μ问题的Kim-Nilles解决方案,我们得到了这样的模型,其中暗物质由轴子和类希格斯诺WIMP的混合物组成。在佩西-奎因破缺标度f_a~ 10 ^9 -10^{12} GeV的大范围内,我们可以预期大约有90-95%的轴子暗物质。在这种情况下,可以预期轴子和WIMP直接检测。
2015-02-27 astro-ph.CO hep-ph
Experiments to test the hypothesis for solar and dark matter axions
本文教学性地介绍暗物质轴子与太阳轴子的直接搜寻实验,基于轴子-双光子耦合,并展望近期潜在变革性进展。
2025-07-08 hep-ex hep-ph
Axions in Cold Dark Matter and Inflation Models
本论文的研究对象是不可见的轴子和更一般的类轴子粒子族。不可见的轴子是一种假设的基本粒子,也是冷暗物质的候选者。我提出了一个改进的计算的参数空间的冷暗物质轴子在标准宇宙学的约束,其中包括贡献的非谐性的轴子潜力和从衰变的轴子弦。在这种情况下,我更新了冷暗物质轴子的质量值,发现值$(67\pm17){\rm μeV}$,比以前的计算大约大了一个数量级。首次研究了非标准宇宙学场景对轴子冷暗物质参数空间的影响。特别是,我认为低温再加热和kination宇宙学的情况下,我表明,冷暗物质轴子的质量可以从标准的宇宙学场景中的值不同的数量级。最后,我考虑类轴子粒子的家庭,假设这些粒子作为暴胀子的背景下,温暖的通货膨胀。我发现,轴子能量尺度$f$,在标准的通货膨胀的情况下是普朗克质量的顺序,可以降低到更安全的大统一理论尺度$f \sim 10^{16}{\rm GeV}$。我还约束参数空间和引力波的数量从这个模型,使用威尔金森微波各向异性探测器7年的数据的结果。
2011-11-22 astro-ph.CO hep-ph
Dark radiation and dark matter in supersymmetric axion models with high reheating temperature
最近对宇宙微波背景、大尺度结构和大爆炸核合成(BBN)的研究显示出额外辐射的趋势。在超对称强子轴子模型的框架内,我们探讨了两个高再加热温度的情况下,可以解释一致的额外辐射和冷暗物质(CDM),后者驻留在引力子或轴子。在引力子CDM的情况下,来自热介子衰变的轴子在BBN之前已经提供了额外的辐射,而具有宇宙学所需的TeV尺度质量的轴子衰变可以产生额外的熵。在轴子CDM的情况下,宇宙学的约束是尊重轻eV尺度axino和弱尺度引力子衰变成轴子和axino。这些衰变导致后期额外的辐射,可以与早期的贡献共存。最近普朗克卫星探测到的结果是在晚些时候的额外辐射,因此这两种情况都有。进一步的测试是在ADMX上寻找轴子,在LHC上寻找超对称粒子。
2013-10-04 astro-ph.CO hep-ph
Hidden axion dark matter decaying through mixing with QCD axion and the 3.5 keV X-ray line
隐藏的轴子可以通过与QCD轴子的动力学或质量混合耦合到标准模型粒子。我们研究了一个方案,其中一个隐藏的轴子构成的部分或全部的暗物质和通过混合衰变成光子,解释了3.5 keV的X射线线信号。有趣的是,所需的隐藏的轴子暗物质的长寿命可以实现的QCD轴子衰变常数在一个中间尺度,如果混合是足够小的。在这样一个双组分暗物质的情况下,隐藏的轴子的原始密度扰动可能是高度非高斯的,导致来自各种星系团和附近星系的X射线线强度可能分散。我们还讨论了两个轴子的平行和正交排列如何影响它们与规范场的耦合。
2014-08-18 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Natural Phantom Dark Energy from a $\mathbb{Z}_N$--Axion
Laboratoire d’Annecy de Physique Théorique, CNRS–USMB(理论物理安娜锡实验室);Department of Physics, University of Basel(巴塞尔大学物理系)
该研究基于与两味暗QCD耦合的轴子,给出表观幻像暗能量的微观实现。通过\(\mathbb{Z}_N\)对称性等机制,产生暗能量标度,设定暗物质丰度并驱动暗能量动力学,确定可行参数区域以满足多种约束并重现相关观测偏好。
2026-07-09 astro-ph.CO hep-ph
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
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