Axions/Axion like particles and the CMB asymmetric dipole
Qiaoli Yang
轴子和类轴子粒子是非常有吸引力的暗物质候选者。在这篇综述中，我们简要地探讨了宇宙学观测如何揭示暗物质的存在以及轴子/类轴子粒子的一些独特性质，这些性质使它们更加有趣。
Axions and axion like particles are very attractive dark matter candidates. In this review, we briefly investigate how the cosmological observations reveal the existence of dark matter and some unique properties of axions/axion like particles which make them more interesting.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
继续探索
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。
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。
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。
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。
CMB Birefringence from Axion String Networks Calibrated to an AMR Simulation
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。
Probing Axion-Photon conversion via circular polarization imprints in the CMB $V$-mode observations
本文提出利用CMB V模式观测中的圆偏振印记来约束轴子类粒子的参数空间，通过研究轴子-光子转换机制在宇宙微波背景中的影响，探讨了磁场对光子圆偏振度的影响，并指出在最优情况下，40 GHz的CLASS观测可以探测到之前未被约束的轴子-光子耦合参数范围。
CMB constraints on $U(1)$ axion warm inflation
提出类轴子粒子与$U(1)$规范场相互作用的温暴胀模型，利用电磁场热涨落产生耗散与反作用，并借助CAMB和CosmoMC以CMB数据约束参数。
QCD Axions and CMB Anisotropy
在暴胀子微扰太小而不能解释宇宙微波背景宇宙微波背景温度各向异性的可能性。由于轴子势是通过辐射获得能量而产生的，因此在暴胀时代产生的轴子场的原始涨落与CMB各向异性相关。因此，观测严格限制了轴子模型和早期宇宙场景。必须满足以下条件：（i）CMB各向异性的足够幅度（ii）与轴子等曲率约束的一致性和（iii）非高斯约束。为了满足这些条件，在量子色动力学尺度下，当产生轴子势时，轴子的能量分数$Ω_A^{}$必须很大，但同时，由于等曲率约束，它必须在现阶段变得很小。因此，早期宇宙的一个额外的情况，如低尺度的热膨胀，是不可避免的稀释后的QCD尺度的轴子。我们研究了这样的模型，并得到了它的允许参数区域。
CMB probes on the correlated axion isocurvature perturbation
我们探讨了暴胀子和类轴子场之间引力耦合的可能宇宙学后果。针对即将到来的宇宙微波背景（CMB）偏振和透镜效应数据，研究了CMB数据对曲率和轴子等曲率扰动之间的互相关的敏感性。通过一个具体的例子，说明了尺度相关功率谱对轴子参数的明显依赖性。
Future CMB tests of dark matter: ultra-light axions and massive neutrinos
宇宙微波背景辐射各向异性的测量为暗物质和暗能量的存在提供了强有力的证据。他们还可以测试它的组成，探测不同暗物质和暗能量成分的能量密度和粒子质量。宇宙微波背景辐射的数据已经表明，质量在$10^{-32}~{\rm eV} \to 10^{-26}~{\rm eV}$范围内的超轻轴子（ULA）构成了宇宙学临界密度的一部分$< 0.01$。在这里，建议的CMB阶段IV（CMB-S4）实验（假设1弧分光束和$< 1~μK{\rm-arcmin}$噪声水平超过天空分数为0.4）的ULA和其他暗扇区组件的密度的灵敏度进行评估。CMB-S4的数据应该比单独的普朗克数据对强子能量密度的灵敏度高出$\sim 10$倍，在广泛的强子质量范围内，$10^{-32}< m_{a}< 10^{-23}~{\rm eV}$，并将在大统一尺度上探测$f_{a}\approx 10^{16}~{\rm GeV}$的轴子衰变常数。CMB-S4可以将CMB的质量下限从$\sim 10^{-25}~{\rm eV}$提高到$10^{-23}~{\rm eV}$，接近矮星系丰度和暗物质晕密度分布探测的质量范围。这些改进将允许多$σ$检测在宽质量范围内与CDM的偏离。这种改进在很大程度上是由CMB上的弱引力透镜效应驱动的，这种效应打破了ULA和中微子之间的简并。我们还发现，除了中微子参数并没有显着降低的灵敏度的CMB中微子…
Bounds on QCD axion mass and primordial magnetic field from CMB $μ$-distortion
在大尺度磁场作用下，CMB光子振荡成轴子会引起CMB谱的畸变。利用COBE对$μ$参数的限制和在视界尺度上具有强度为$B\lesssim 3.2$ nG的均匀磁场，对于KSVZ轴子模型，轴子质量的上限为，$m_a\lesssim 4.8\times 10^{-5}$ eV.另一方面，利用从ADMX实验中得到的被排除的轴子质量$m_a\simeq 3.5\times 10^{-6}$ eV值和束缚在$μ$上的COBE，对于具有当前历元$λ_B\simeq 1.3$ Mpc的相干长度的均匀磁场，对于KSVZ轴子模型和DFSZ轴子模型分别得到了$B\simeq 46$ nG和$B\simeq 130$ nG.导出了PIXIE/PRISM对$B$和$m_a$的预测对$μ$的预期灵敏度。如果未来的PIXIE/PRISM空间飞行任务能够探测到CMB $μ$畸变，并假设大尺度磁场的强度接近其规范值$B\simeq 1-3$ nG，则质量范围为$2\, μ$ eV - $3\, μ$ eV的轴子将是CMB $μ$ -畸变的潜在候选者。
Post-inflationary axion isocurvature perturbations facing CMB and large-scale structure
在后暴胀理论中，由重排列机制产生的类轴子粒子（ALP）组成的暗物质导致了原始等曲率波动。这些波动的功率谱对于小的波数是平坦的，扩展到宇宙学调查可以达到的尺度。我们利用最新的宇宙微波背景（CMB）各向异性测量结果，结合CMB透镜效应、重子声振荡（BAO）和Sunyaev Zel'dovich（SZ）团簇计数测量了等曲率分量的振幅和倾斜。我们发现偏好的白噪声等曲率分量的CMB主要各向异性，这一结论是，但是，削弱了目前的大尺度结构（LSS）的数据。将结果解释为等曲率分量的保守上限，所有探针的ALP质量的组合结合为$m_{a} \gtrsim 10^{-19}$ eV，与$m_{a}$如何随温度变化存在一定依赖性。从未来的LSS实验和CMB透镜的宇宙剪切和星系集群的预期灵敏度表明改进的界限$m_{a} \gtrsim 10^{-18}$ - $10^{-13}$ eV，取决于尺度削减，以避免非线性和ALP质量温度的依赖性。
Axion-CMB Scenario in Supercooled Universe
Axion-CMB方案是用QCD轴子\cite{Iso:2020pzv}的原始涨落解释宇宙微波背景辐射温度各向异性的一种有趣的可能性。在这种情况下，辐射的波动是由轴子和辐射之间的能量交换产生的，这导致了原始轴子波动和CMB各向异性之间的相关性。因此，宇宙学观测严格地限制了轴子模型和宇宙的早期历史。特别是，我们需要一个大的能量分数$Ω_A^{}$的轴子在QCD相变，但它必须变得很小，在目前的宇宙，以抑制等曲率功率谱。实现这种情况的自然宇宙学方案之一是热膨胀，它可以充分稀释轴子丰度。热膨胀发生在各种模型中。本文研究了一个带有QCD轴子的经典共形（CC）$B$ - $L$模型.在这个模型中，早期宇宙经历了一个漫长的$B$ - $L$和电弱对称的过冷时代，热膨胀自然发生。因此，它可以是一个很好的候选人的轴子CMB的情况。但在原来的CC $B$ - $L$模型中，QCD跃迁处的轴子丰度是不足的.为了克服这种情况下，我们通过引入$N$标量场$S$（无论是大质量或无质量）扩展模型，并考虑一个新的宇宙学历史，使$O(N)$和$B$ - $L$部门几乎分别在早期宇宙的演变。我们发现，对于无质量的$S$场，通常是$N\sim 10^{19}$和质量在$5-10$ TeV附近的$L$规范玻色子，在某些参数区域内，轴子-CMB方案的所有必要条件都能满足.
CMB Spectral Distortions from an Axion-Dark Photon-Photon Interaction
本文研究混合轴子-光子-暗光子相互作用$ϕF \ ilde F_D$，证明其在轴子或暗光子构成暗物质时会使CMB光子转入暗扇区并产生光谱畸变，进而给出比传统轴子-光子耦合更强的宽质量范围约束。
Probing Axion-like Particles via CMB Polarization
类轴子（Axion-like particles，ALP）通过耦合作用使光子的线偏振态发生旋转，并将宇宙微波背景（cosmic microwave background，CMB）$E$模转换为$B$模。通过假设ALP $ϕ$具有二次势$V=m^2ϕ^2/2$，我们推导出ALP动力学与旋转角之间的关系。我们计算了CMB观测对ALP-光子耦合$g$的当前和未来的灵敏度，它可以达到$10^{-32}\,\mathrm{eV}\lesssim m\lesssim 10^{-28}\,\mathrm{eV}$的$g=4\times 10^{-21}\,\mathrm{GeV}^{-1}$，并且远远超过任何质量$m\lesssim 10^{-25}\,\mathrm{eV}$的其他搜索。我们发现，在观察者的ALP场的波动，这在以前的研究中被忽略，可以诱导显着的各向同性旋转的CMB偏振。各向同性和各向异性旋转的测量使我们能够对相关量（如ALP质量$m$和ALP密度参数$Ω_ϕ$）进行限制。特别是，如果LiteBIRD检测到各向异性旋转，我们得到张量与标量比的下限为$r > 5 \times 10^{-9}$。
QCD axion dark matter and the cosmic dipole problem
本文研究了通过引入源于Peccei-Quinn对称性自发破缺的QCD轴子作为暗物质，来解决遥远星系数量计数与CMB推导出的宇宙偶极之间差异问题的可能性。
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。
Axion production and CMB spectral distortion in cosmological tangled magnetic field
在复合时期之前，由于纠缠磁场中的光子-轴子混合和磁场阻尼而产生的轴子产生可以产生宇宙微波背景（CMB）光谱失真。特别是，这两个过程的贡献CMB $μ$失真的情况下，共振光子轴子混合的研究。假设磁场功率谱近似为幂律$P_B(k)\propto k^n$，谱指数为$n$，结果表明，对于磁场截止尺度$172.5$ pc $\leq λ_B\leq 4\times 10^3$ pc，轴子对CMB $μ$畸变的贡献小于宇宙等离子体中磁场阻尼的贡献.利用COBE上限对$μ$和磁场尺度的$λ_B\simeq 415$ pc进行了研究，发现了DFSZ轴子模型和轴子质量$m_a\geq 2.6\times 10^{-6}$ eV的磁场强度（$B_0\leq 8.5\times 10^{-8}$ G）比其它研究的极限弱10倍，并对PIXIE/PRISM对$μ$的预期灵敏度进行了预测.
Imprints of Axion Superradiance in the CMB
轻轴子（$m_a \lesssim 10^{-10}$ eV）可以通过一种称为旋转超辐射的机制在快速旋转的天体物理学黑洞周围形成稠密的云。轴子和光子之间的耦合引起了一个参数共振，由轴子云的受激衰变引起，它可以迅速将大轴子数密度的区域转换为低能光子的巨大通量。在这项工作中，我们考虑的现象学意义的超辐射轴子云进行共振衰变。我们表明，从这样的事件产生的低能量光子将被吸收在宇宙学短距离，可能会引起大规模的冲击波，加热和加热的IGM超过Mpc尺度。这些冲击波可能以各向异性光谱畸变或光学深度中的不均匀特征的形式留下可观察到的印记。
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。
The DFSZ axion in the CMB
我们首次对DFSZ QCD轴子模型的宇宙学约束进行了专门的分析。这样的结构是特别有趣的光氙-1T最近过剩和恒星冷却的暗示。在DFSZ模型中，对于$m_a\gtrsim 0.1$ eV，π介子和μ介子的散射可以产生相当大的热轴子宇宙背景，其行为类似于大质量中微子。然而，π介子耦合依赖于两个希格斯双重态的vev之间的对齐，并可以显着抑制或增强相对于KSVZ方案。使用最新的普朗克和BAO数据，我们在$95\%$ C.L.发现了$m_a\leq 0.2~\text{eV}$，当轴子与π子的耦合$c_{aπ}$最大时。相反，当$c_{aπ}$很小时，对$m_a$的约束可以大大放松。特别是，我们指出，在所谓的DFSZ-II模型中，其中轴子耦合到轻子不与$c_{aπ}$同时消失，通过μ子产生$m_a\leq 0.6~\text{eV}$在$95\%$ C.L.，而在DFSZ-I模型中，$m_a$上的界限可以完全提升。然后，我们结合宇宙学数据与最近的暗示DFSZ轴子耦合到电子从氙-1T实验，发现在这种情况下，轴子质量被限制在窗口$0.07 ~\text{eV} \lesssim m_a \lesssim 1.8\, (0.3)~\text{eV}$的DFSZ-I（DFSZ-II）模型。一个类似的分析与恒星冷却提示给$3 ~\text{meV} \lesssim m_a \lesssim 0.2 ~…
CMB Constraints on Pre-Inflationary Axion Dark Matter Isocurvature
利用Planck、ACT和SPT的最新CMB数据，更新了对暴胀前轴子模型中具有不同谱指数的冷暗物质等曲率扰动的约束，发现联合数据集对谱指数的约束略有改善，但对固定谱指数的等曲率振幅约束未加强。
The sign of the dipole-dipole potential by axion exchange
我们计算了一个偶极-偶极电位介导的费米子轻赝标量，轴子，特别注意的整体标志。虽然势的符号是物理的，对于发现或限制轴子与费米子耦合的实验很重要，但文献中经常有符号错误。这篇短文的目的是澄清轴子介导的偶极-偶极势的符号问题。作为一个副产品，我们发现由于不同的自旋介导粒子的偶极-偶极势的符号变化。
Dipole Radiation and Beyond from Axion Stars in Electromagnetic Fields
我们研究了在外部电磁场存在下，从相干振荡的、空间局部化的轴子场（轴子和轴子星）中产生光子。我们描绘了不同的定性行为的光子光度的一个有效的无量纲耦合参数构造出的轴子光子耦合，场振幅，振荡频率和半径的轴子星。对于这种无量纲耦合的小值，我们提供了一个一般的解析公式的偶极辐射场和光子光度每立体角，包括强烈依赖于配置的半径。对于中到大的耦合，我们报告的非单调行为的光度与耦合强度的存在下，外部磁场。在亮度随耦合强度的初始上升之后，我们看到在中等大的耦合下的抑制（与偶极辐射近似相比是一个数量级或更多）。在足够大的耦合，我们发现一个过渡到制度的指数增长的光度由于参数共振。我们进行3+1维晶格模拟的轴子电动力学，在小和大的耦合，包括非微扰效应的参数共振，以及在必要时的反反应效应。我们还讨论了介质（等离子体）的影响，导致共振轴子光子转换，相干性的孤子的相关性，以及我们的结果在天体物理和宇宙学设置的影响。
Planck Data and Ultralight Axions
我们研究了光子-轴子混合对CMB的影响。我们表明，如果有非常undersense区域之间的我们和最后的散射表面，其中包含相干磁场（其强度可以是数量级弱于当前的界限），然后光子轴子混合可以引起可观察到的偏差的CMB频谱。具体来说，我们表明，混合可以引起非热点的CMB天空。作为一个例子，我们考虑众所周知的CMB冷点，根据普朗克数据有一个弱的扭曲，从一个黑体光谱，可以通过我们的模型。虽然这种对冷点区域非热性的解释相当有趣，但光子-轴子振荡并不能解释冷点本身的温度。尽管如此，我们证明了可能的敏感性的CMB超轻轴子，可以利用观察员。
Gravitational Wave and CMB Probes of Axion Kination
本文研究轴子场旋转导致的物质主导与动能主导时代对原初引力波谱的影响，发现谱呈三角形峰，并结合CMB与BBN约束探讨未来引力波观测对轴子暗物质和重子不对称产生机制的探测前景。
Novel cosmological bounds on thermally-produced axion-like particles
利用宇宙微波背景谱和重子声学振荡的数据，我们限制了热产生的类轴子粒子（这里是轴子）与光子和胶子的耦合。轴子具有明确的软破缺质量项，它是在早期宇宙中由轴子-光子或轴子-胶子过程热产生的，解释了该领域的最新进展。我们推导出迄今为止在$10^{-4} \lesssim m_a/{\rm eV} \lesssim 100$考虑的质量范围内最严格的轴子-胶子耦合的边界，取代了SN 1987 A的现有边界。轴子-光子耦合的界限与CAST合作的轴子质量$m_a \gtrsim 3\,$ eV的结果具有竞争力。鉴于未来CMB-S4任务的敏感性，我们对预测范围进行了评论。
A new probe of Axion-Like Particles: CMB polarization distortions due to cluster magnetic fields
我们建议利用即将开展的宇宙微波背景辐射（CMB）地基实验来探测星系团中类轴子粒子（ALP）与磁场相互作用的信号。在星系团磁场存在下，CMB光子和ALP之间的转换会导致星系团周围CMB的偏振光谱畸变。信号的强度取决于星系团的红移，并将表现出一个独特的空间轮廓周围取决于电子密度和磁场的结构。该失真产生与其他已知的频谱失真（如$y$型和$μ$型）不同的形状，因此可与多频CMB观测分离。该频谱接近于运动学Sunyaev-Zeldovich（kSZ）信号，但可以使用偏振信息与其分离。对于未来的地面CMB实验，如西蒙斯天文台和CMB-S4，我们估计在前景污染，仪器噪声和CMB各向异性的存在下，该信号的可测量性。这种新的途径可以探测ALP质量范围从$10^{-13}$ eV到$10^{-12}$ eV的光子-ALP耦合，其精度比CMB-S4的现有边界高两个数量级。
Comment on "Axion induced oscillating electric dipole moments"
在最近的工作中[Phys. Rev. D 91，111702（R）（2015）]，C.希尔的结论是，轴子电磁异常诱导振荡的电子电偶极矩的频率$m_a$和强度$\sim 10^{-32}~e$厘米，在极限$v/c \to 0$的轴子场。在这里，我们证明了一个适当的处理这个问题的最低阶产量$\textit{no}$电偶极矩的电子在相同的限制。相反，原子和分子的振荡电偶极矩由不同的机制产生。
Polarized anisotropic spectral distortions of the CMB: Galactic and extragalactic constraints on photon-axion conversion
我们重新审视了宇宙学的限制共振和非共振转换的光子在宇宙磁场的轴子。我们发现，对光子-轴子耦合和原始磁场的约束比以前声称的质量为$m_{\rm a} \lesssim 5\times 10^{-13}\,\text{eV}$的低质量轴子粒子弱得多。特别是，我们发现，轴子质量范围$10^{-14}\,\text{eV} \le m_{\rm a} \le 5\times 10^{-13}\,\text{eV}$不排除由CMB数据与以前的索赔。我们还研究了银河系磁场中的光子-轴子转换。在大尺度相干银河磁场中的共振转换导致质量范围为$10^{-13}\,\text{eV} \lesssim m_{\rm a} \lesssim 10^{-11}\,\text{eV}$的宇宙微波背景的$100\%$极化各向异性谱畸变。的极化图案的痕迹横向到视线的银河磁场的组成部分，而在银河磁场和电子分布的各向异性印记的光谱失真的特征各向异性图案。我们的结果适用于标量以及赝标量粒子。为了转换为标量粒子，偏振被$90^{\circ}$旋转，使我们能够将它们与伪标量区分开来。对于$m_{\rm a} \lesssim 10^{-14} \,\text{eV}$，我们有非共振转换的小尺度湍流磁场的银河系导致各向异性，但非偏振的光谱失真的CMB。这些独特的签名是对各向同性和非偏振信号的潜在判别，例如主CMB，以及具有…
Inflationary Axion Isocurvature in the CMB across All Ultralight Masses
该研究扩展AxiECAMB的ETA方法，分析全超轻质量范围轴子等曲率扰动，给出解析公式与约束，指出特定质量区域的信号特征及共存窗口，或缓解S8张力。
Tracing Ultra Light Axions in Post-reionization, Lyman-$α$ and CMB Missions
研究超轻轴子（ULA）作为暗物质候选者，通过预测21-cm强度映射与Lyman-α森林的互相关，以及下一代CMB任务，评估其对物质功率谱的尺度依赖抑制，发现联合分析可将ULA丰度误差降至10^{-4}量级。
A CMB Millikan Experiment with Cosmic Axiverse Strings
我们研究超光速轴子与光子耦合的轴子弦。超轻轴子--重组时比哈勃还轻的轴子--是弦轴宇宙的一般预测。这些轴子串产生了一个独特的量子化的偏振旋转的CMB光子，这是$\mathcal{O}(α_{\rm em})$。当CMB光通过许多弦时，这种偏振旋转将E模式转换为B模式，并像随机行走一样增加。使用数值模拟，我们表明，预期的最终结果的大小是在当前和未来的CMB实验通过测量CMB B-模式与E-和T-模式的相关性范围内。量子化的偏振旋转角本质上是拓扑的，并且可以被看作是几何相位。它的值仅取决于反常系数，而与其他细节无关，如轴子衰变常数。通过测量这种旋转来测量反常系数将提供关于UV理论的信息，例如电荷的量子化和基本电荷单位的值。宇宙中轴子弦的存在只依赖于早期宇宙在暴胀后的相变，之后弦网络迅速接近吸引子标度解。如果有额外的稳定拓扑对象，如畴壁，那么重如$10^{-15}$ eV的轴子将是可访问的。这些弦的存在也可以通过测量引力透镜类星体系统中不同图像之间的相对偏振旋转角来探测。
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。
Axions on a Hyperbolic Ride: Geometric Suppression of CMB Isocurvature and a Blue-Tilted Spectrum
通过场空间几何抑制CMB等量曲率，生成蓝倾斜谱，使高尺度膨胀与大QCD轴子衰变常数兼容，重新开启参数空间。
Axion hot dark matter bounds after Planck
我们使用后普朗克时代的宇宙学观测来推导热产生的宇宙学轴子的极限。在早期宇宙中，这种轴子对辐射密度有贡献，后来又对热暗物质部分有贡献。在95% C. L时，上限m_a < 0.67 eV.在对未知中微子质量进行边缘化处理后，分别利用普朗克和WMAP的CMB温度和偏振数据、SDSS-DR 7中提取的晕物质功率谱以及卡内基哈勃计划根据哈勃空间望远镜重点项目样品的重新校准发布的局域哈勃膨胀率H_0。不考虑局域H_0的测量，使m_a的上限放宽到0.86eV，而仅用Planck+WMAP将轴子的质量限制在1.01eV，这是第一次仅用CMB数据得到m_a的上限。因此，我们的轴子极限对普朗克推断的H_0和局部测量值之间的张力并不十分敏感。这与中微子质量总和的上限形成对比，我们发现在95% C. L.时，中微子质量总和的上限为0.27 eV。结合所有上述观察，仅从CMB数据得到0.84 eV。
Dark Radiation Constraints on Heavy QCD Axions
PQ对称性的自然性问题激发了对重QCD轴子的研究，质量为$m_a >$ 1 MeV的轴子在高于QCD尺度的尺度上产生，而PQ对称性破缺尺度$f_a$的值很低。我们以一种与模型无关的方式计算这种轴子的丰度，只假设它们在暴胀后重新加热后冻结，并且随后没有被新物理学稀释。如果这些轴子在中微子退耦和宇宙微波背景（CMB）的最后散射时代之间衰变，它们会稀释中微子，它们的丰度受到CMB对暗辐射$N_{\rm eff}$能量密度的测量的限制。我们精确地计算这个界限，使用数值代码来发展轴子动量分布，包括许多以前忽略的关键过程和影响。我们假设唯一相关的轴子衰变是涉及标准模型粒子的最终状态。我们确定了在CMB阶段4实验中将在$N_{\rm eff}$中给出信号的$(m_a, f_a)$区域。我们类似地计算了重轴子的$N_{\rm eff}$束缚和CMB第4阶段信号，这些重轴子可以衰变为光镜光子。最后，我们计算重轴子与质量低于1兆电子伏，衰变后的时代的CMB最后散射，从他们的贡献冷或热暗物质或$N_{\rm eff}$在这个时代的界限。
Baryogenesis and CMB spectral distortion from Axions
该研究提出类轴子粒子通过修改标准模型规范场位形引发重子数破坏以产生重子不对称性，且轴子-光子耦合会产生低频趋近常数的CMB谱畸变。
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。
Using the Full Power of the Cosmic Microwave Background to Probe Axion Dark Matter
宇宙微波背景辐射（CMB）对偏离标准冷暗物质（CDM）的暗物质（DM）模型以及标量绝热模型之外的初始条件施加了强约束。在这里，完整的\textit{Planck}数据集（包括温度，$E$模式偏振，和透镜偏转）被用来测试的可能性，DM的一些部分是由超轻轴子（ULA）。这是第一次使用CMB透镜来测试微透镜模型。我们没有发现质量范围为$10^{-33}\leq m_a\leq 10^{-24}\text{ eV}$的α-烯烃组分的证据。我们提出了一个水平的限制，对DM的贡献，提高了两个因素相比，单独的温度各向异性的情况下。Axion DM还提供了一个低能量窗口到高能量物理膨胀通过真空不对准生产的轴子和等曲率扰动之间的相互作用。我们进行了第一次系统的调查到的参数空间，使用一个准确的isocurvature传递函数在所有$m_{a}$值。我们精确地确定了一个“共存窗口”的$10^{-25}\text{ eV}\leq m_a\leq10^{-24}\text{ eV}$的数据允许，同时，$\sim10\%$的ULA的DM的贡献，和$\sim 1\%$贡献的等曲率和张量的CMB功率。在这个窗口中的ULA（和\textit{all}较轻的ULA）被证明是符合一个大的膨胀哈勃参数，$H_I\sim 10^{14}\text{ GeV}$。共存的窗口将充分探讨拟议的CMB-S4观测与高$\ell$透…
The Glow of Axion Quark Nugget Dark Matter: (IV) CMB Spectral and Anisotropy Signatures
研究轴子夸克团暗物质通过湮灭产生高能光子，影响CMB谱和各向异性特征。
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。
Photon-axion conversion as a mechanism for supernova dimming: Limits from CMB spectral distortion
星系际磁场引起的轴子-光子转换已经被提出来解释遥远的Ia型超新星在没有宇宙加速的情况下变暗。该效应取决于星系际电子密度$n_e$以及$B$ -场强度和畴大小。我们表明，对于$n_e\alt 10^{-9} {\rm cm}^{-3}$，同样的机制会导致过度的宇宙微波背景（CMB）的光谱失真。这个小的- $n_e$参数区域被以前基于类星体（QSO）光谱色散的最严格的约束所开放。CMB和类星体极限的结合表明，光子-轴子转换机制只能对Ia超新星的变暗起次主导作用。需要对受光子-轴子振荡影响的所有可观测量进行综合分析，以最终判定该模型的可行性。
Axion Induced Oscillating Electric Dipole Moments
轴子电磁异常引起{ \em any}静态磁偶极子的振荡电偶极子。静电偶极子不产生振荡的磁矩。这是一个低能定理，它是轴子的宇宙背景场依赖于时空的结果，在极限下，它只是局部依赖于时间的$(\overrightarrowβ=0)$。电子将获得频率为$m_a$、强度为$\sim 10^{-32}$ e-cm的振荡电偶极子，比核子高出三个数量级，与目前的标准模型直流极限相差四个数量级。这可能为轴子暗物质的研究提供了新的实验场所。
Ultra-light axions and the $S_8$ tension: joint constraints from the cosmic microwave background and galaxy clustering
本研究联合CMB与星系成团数据约束超轻轴子参数，给出更严格的轴子密度限制，发现特定质量区间的轴子可缓解$S_8$张力，未来数据将进一步验证其对宇宙学一致性的作用。
High-Scale Axions without Isocurvature from Inflationary Dynamics
宇宙微波背景辐射（CMB）中可观测到的原始张量模式将指向高尺度的膨胀$H_{I}$。如果Peccei-Quinn（PQ）破缺$f_a$的尺度大于$\frac{H_{I}}{2π}$，那么CMB对等曲率的约束就天真地排除了QCD轴子暗物质。这假设了轴子的势能在暴胀期间是不变的。我们重新审视模型的膨胀动力学修改的轴子潜力，并讨论如何isocurvature界限可以放宽。我们发现，在暴胀$f_I$期间，仅依赖于更大的PQ破缺标度的模型需要轴子丰度的后期稀释或高度超普朗克$f_I$，不知何故不支配暴胀能量密度。在暴胀过程中增强PQ对称性的明确破缺的模型可能允许$f_a$接近普朗克尺度。避免暴胀动力学的破坏提供了对参数空间的重要限制。
Generation of the CMB cosmic Birefringence through Axion-like particles, Sterile and Active neutrinos
通过求解CMB光子与sterile neutrino和ALPs暗物质相互作用的量子玻尔兹曼方程，研究了宇宙双折射角的产生，发现结合两者的贡献及EB功率谱行为有助于区分双折射的不同来源。
Cosmological Bound on the QCD Axion Mass, Redux
我们重新审视的联合约束的混合热暗物质的情况下，热产生的QCD轴子和遗迹中微子都存在。在重新计算宇宙学的轴子丰度通过最近的进展，在文献中，我们改进了国家的最先进的分析，并提供更新的界限上的轴子和中微子的质量。通过避免近似的方法，如瞬时解耦近似，和限制，由于有限的有效性的微扰方法在QCD，被迫人为地划分的约束从轴子-π和轴子-胶子生产渠道，我们找到了强大的和自洽的限制。我们研究了两个最流行的轴子框架：KSVZ和DFSZ。从大爆炸核合成（BBN）轻元素丰度数据中，我们发现KSVZ轴子$ΔN_{\rm eff}<0.31$和轴子质量束缚$m_a < 0.53 $ eV（即，轴子衰减常数$f_a > 1.07 \times 10^7$ GeV的约束），两者都在$95\%$ CL。如果假设宇宙微波背景（CMB）数据中的重子能量密度有先验，则BBN边界可改进为$ΔN_{\rm eff}<0.14$和$m_a< 0.16$ eV（$f_a > 3.56 \times 10^7$ GeV）.相反，当考虑普朗克卫星的宇宙微波背景温度、偏振和透镜的宇宙学观测与大尺度结构数据相结合时，我们在$95\%$ CL发现了$ΔN_{\rm eff}<0.23$、$m_a< 0.28$ eV（$f_a > 2.02 \times 10^7$ GeV）和$\sum m_ν< 0.16$ eV。这大约对应于一个因素$5…
Electric Dipole Moments from Axion-Like Particle Dark Matter Background
本文研究了类轴子粒子暗物质背景诱导的轻子和核子EDM的单圈和双圈贡献，在ALP质量小于$10^{-11}$ eV时，该效应显著，为ALP的CP破坏耦合提供了新的限制。
A Rich Tapestry: Supersymmetric Axions, Dark Radiation, and Inflationary Reheating
我们利用超对称性、暴胀、轴子、大爆炸核合成（BBN）和宇宙微波背景辐射（CMB）之间的互补性，结合最近的Planck和BICEP结果来约束超对称轴子模型.特别是，我们得到BBN边界来自改变轻元素丰度考虑到强子和电磁能量注入，和CMB约束黑体光谱失真。最后，我们概述了这些超对称模型的可行与排除的区域，可能占观察到的温和的暗辐射。
Constraints on non-resonant photon-axion conversion from the Planck satellite data
宇宙微波背景（CMB）光子在湍流磁场中非共振转换为标量和轻赝标量粒子（如类轴子粒子（ALP））会导致CMB中独特的空间波动谱畸变。我们使用公开可用的普朗克温度地图的频率通道（70-545 GHz），以获得第一ALP失真地图使用$45\%$干净的天空的一部分。在$15$角分辨率下，来自CMB天空最干净部分的ALP畸变的RMS波动的$95^{th}$百分位上限为$18.5 \times 10^{-6}$。失真图中的RMS波动也与频率通道和天空分数的不同组合一致。
Effective oscillatory magnetic charges and electric dipole moments induced by axion-photon coupling
该研究基于拉格朗日量协变性推导出轴子场扭曲电磁场的类麦克斯韦方程，提出通过有效振荡磁荷与电偶极矩等效描述该现象，并利用逆Witten效应提出在非共振实验中探测极小质量轴子的新方案。
Constraints on primordial magnetic fields from CMB distortions in the axiverse
自从PIXIE和PRISM被提出以来，测量宇宙微波背景（CMB）的光谱畸变作为宇宙学背景下高能粒子物理的探测器引起了相当大的关注。在本文中，由于CMB光子和轻轴子类粒子（ALPs）之间的共振转换的CMB失真进行了研究，激发弦轴向的情况下，这表明存在着丰富的轻轴子粒子。由于这些共振转换取决于原始磁场的强度，对CMB畸变的约束可以提供光子-ALP耦合常数g和原始磁场B的共动强度的乘积的上限。PIXIE/PRISM的潜在可行约束可以为ALP质量设定g B < 10^{-16} GeV^{-1} nG的极限，m_e < 10^{-14} eV。虽然这个结果不是对g和B的直接约束，但它明显比当前g和B上限的乘积更严格。
Axion-induced effects in atoms, molecules and nuclei: Parity nonconservation, anapole moments, electric dipole moments, and spin-gravity and spin-axion momentum couplings
我们表明，一个轴子场的相互作用，或在一般情况下，一个赝标量场，与轴向矢量电流产生的电子通过导数型耦合可以引起一个依赖于时间的混合原子和分子系统中的相反的宇称态。同样，轴子场与核子产生的轴向矢量流的类似相互作用可以引起核系统中相反宇称态的依赖于时间的混合。这种混合可以诱导振荡的电偶极矩，振荡宇称非守恒效应和振荡anapole矩在这样的系统。通过调整感兴趣的相反宇称态之间的能量分离以匹配轴子质量能量，轴子诱导的实验观测值可以提高许多数量级。振荡的原子电偶极矩也可以由轴子通过强子机制产生，即P，T-破坏核子-核子相互作用，并通过轴子诱导的价核子的电偶极矩，其中包括核。轴子场被地球的引力场改变。电子或核子的自旋与这种修改的轴子场的相互作用导致轴子诱导的可观察效应。这些效应的形式为$\mathbf{g} \cdot \mathbfσ$，不同于轴子风效应的形式为$\mathbf{p}_{\textrm{a}} \cdot \mathbfσ$。
Searching for Axion Dark Matter in Atoms: Oscillating Electric Dipole Moments and Spin-Precession Effects
我们建议通过轴子在原子和分子中诱导的振荡电偶极矩来寻找轴子暗物质。这些磁矩是通过核子的内禀振荡电偶极矩和由π交换介导的$P,T$破坏的核子-核子相互作用产生的，这两种作用都是由于轴子-胶子耦合产生的，也直接通过轴子-电子相互作用产生。轴子暗物质也可以通过轴子直接耦合到费米子自旋产生的自旋进动效应来寻找。
Comment on "Search for an axion-induced oscillating electric dipole moment for electrons using atomic magnetometers"
在最近的工作arXiv：1809.02446中，作者提出了一种利用原子磁强计测量电子振荡电偶极矩（eOEDM）的新方法。这种电火花加工是由电子磁偶极矩、电场和轴子场之间的相互作用引起的。根据[Hill，PRD 91，111702（2015）]，结果对轴子-光子耦合敏感。在这里，我们想描述的是，根据[Alexander and Sims，PRD 98，015011（2018）]，相同的实验方法也可以对轴子-电子耦合敏感。在本文中，我们将展示相应的灵敏度图，并与其他约束进行比较。
Superhorizon fluctuations and the cosmic dipole problem
本文提出用CDM超视界等曲率扰动解释星系计数与CMB宇宙偶极间4.9σ张力，并通过轴子模型给出可行参数约束。
Signatures of Primordial Energy Injection from Axion Strings
本研究通过解析论证和宇宙学模拟发现轴子弦会将部分能量沉积为高能标准模型辐射，被原初等离子体吸收后产生新特征，从而利用CMB功率谱数据对低质量轴子弦的衰变常数给出了约束。
SpectrAx: Spectral Search of Axion-Like Particles Using Multi-Band Observations of Galaxy Clusters from SKA, SO, CMB-S4 and eROSITA
本文提出贝叶斯框架SpectrAx，利用SKA、SO、CMB-S4和eROSITA的多波段观测，推断星系团电子密度、磁场及轴子类粒子耦合强度，首次实现低红移星系团天体物理与超出标准模型物理的联合探测。
Axion Induced Oscillating Electric Dipole Moment of the Electron
一个宇宙轴子，通过电磁异常，诱导一个振荡的电偶极子的电子的频率$m_a$和强度$\sim$（几）$\times 10^{-32}$ e-cm，两个数量级以上的核子，并在几个数量级的目前标准模型常数限制。我们通过宇宙轴子的相互作用，通过电磁异常，特别强调了轴子的去耦极限，$\partial_t a(t)\propto m_a \rightarrow 0$，给出了详细的研究这种现象。分析是微妙的，我们发现的一般形式的行动涉及一个本地的接触相互作用和非本地的贡献，类似于“横向电流”在量子电动力学，强制执行的去耦限制。我们仔细地推导了Pauli-Schroedinger非相对论形式和Georgi的重夸克形式中的有效作用量，该形式适用于“重电子”（$m_e>>m_a$）。我们计算的电偶极子辐射的自由电子，磁铁和电流，沉浸在宇宙轴子场发射，并讨论实验配置，可能会产生一个可检测的信号。
扫码添加微信好友，提出您的宝贵建议 👇
💡 备注请填写：网站反馈
发表机构由 AI 从论文文本抽取，如发现错误，欢迎反馈修正建议。