Overview of the Cosmic Axion Spin Precession Experiment (CASPEr)
综述了我们利用核磁共振（NMR）技术寻找轴子和类轴子粒子（ALP）暗物质的实验计划。一个振荡的轴子场可以直接或通过产生一个振荡的核电偶极矩（EDM）对核自旋施加一个随时间变化的扭矩。磁共振技术可用于检测这种效应。第一阶段的实验探索了几十年的ALP参数空间，超出了目前的天体物理和实验室的界限。预计未来的实验版本将对质量为$\lesssim 10^{-9}~{\rm eV}/c^2$的量子色动力学（QCD）相关的轴子敏感。
2018-10-31 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Search for axion-like dark matter through nuclear spin precession in electric and magnetic fields
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。
2017-08-21 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
Frequency-scanning considerations in axionlike dark matter spin-precession experiments
本文分析了类轴子暗物质核磁共振实验中的频率扫描策略，通过合理选择有效横向弛豫时间等实验参数优化参数空间覆盖，以探测或排除特定质量范围内的ALP暗物质。
2023-09-15 hep-ph physics.atom-ph
The Cosmic Axion Spin Precession Experiment (CASPEr): a dark-matter search with nuclear magnetic resonance
宇宙轴子自旋进动实验（CASPEr）是一个核磁共振实验（NMR），旨在探测可能构成宇宙中暗物质的轴子和类轴子粒子。我们回顾预测的轴子和类轴子粒子与重子物质的耦合，使他们通过核磁共振检测。然后，我们描述了两个测量方案正在实施CASPEr。第一种方法，在原来的CASPEr建议，包括通过连续波NMR光谱共振搜索。该方法对从几Hz到几百MHz的频率范围提供了最高的灵敏度，对应于质量$ m_{\rm a} \sim 10^{-14}$ - $10^{-6}$ eV。亚Hz频率通常难以用NMR探测，这是由于磁力计在该区域的灵敏度降低。为了规避这一限制，我们建议新的检测和数据处理方式。我们描述了一种非共振频率调制检测方案，使搜索从兆赫到赫兹的频率（$m_{\rm a} \sim 10^{-17}$ - $10^{-14} $ eV），延长了三十年的检测带宽。
2017-10-17 hep-ph physics.app-ph physics.data-an
Spin Precession Experiments for Light Axionic Dark Matter
类轴子粒子是构成宇宙暗物质的有希望的候选者，但设计能够在其整个允许质量范围内检测它们的实验是具有挑战性的。一般来说，暗物质，特别是轴子状粒子和隐藏的光子，可以像$10^{-22} \;\rm{eV}$（$\sim 10^{-8} \;\rm{Hz}$）一样轻，天体物理异常为最轻的质量（"模糊暗物质"）提供了动力。我们提出的实验技术直接检测轴子样暗物质的质量范围从大约$10^{-13} \;\rm{eV}$（$\sim 10^2 \;\rm{Hz}$）到最低可能的质量。在这个范围内，这些类轴子粒子充当仅与自旋耦合的时间振荡磁场，引起诸如时间振荡扭矩和自旋进动频率的周期性变化等效应，其频率和方向由基础物理学设定。我们展示了如何使用现有的实验技术，包括扭转仪，原子磁力计和原子干涉测量这些信号可以测量。这些实验展示了强大的发现能力，这些实验的未来迭代能够推动几个数量级超过当前的天体物理学界限。
2018-04-27 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
The statistics and sensitivity of axion wind detection with the homogeneous precession domain of superfluid helium-3
本研究针对超流体³He均匀进动畴（HPD）用于轴子风探测的潜力，分析其统计与动力学特性，纳入读出误差影响并构建通用统计框架，预测结合最优策略可在宽轴子质量范围实现接近10⁻¹² GeV⁻¹的gₐNN灵敏度。
2024-12-13 cond-mat.supr-con hep-ex hep-ph
Search for ultralight axion dark matter in a side-band analysis of a 199Hg free-spin precession signal
本文报告了在1μT磁场中寻找199Hg自由自旋进动信号频率调制的演示实验的零结果，覆盖轴子质量范围10^-16至10^-13 eV，实现了对轴子-核子耦合3.5×10^-6 GeV^-1的峰值灵敏度。
2023-03-31 hep-ex hep-ph nucl-ex
Implications of detecting the Axion-Like Particles in Astro-Particle Physics
轴子和类轴子粒子一般是粒子物理学中标准模型扩展的结果。在粒子物理学中，轴子被认为是假想的赝标量粒子，用来解决量子色动力学中的强电荷宇称问题。这些粒子也被认为是宇宙中冷暗物质的一个有吸引力的候选者。目前对轴子的存在和性质的理解还不是很清楚，这些假设的粒子仍然难以捉摸。然而，许多理论和实验研究正在通过检测轴子样粒子来理解和限制轴子的性质。术语类轴子粒子用于包括超出标准模型的不同类型的轴子。本文综述了轴子和类轴子粒子的不同物理性质及其在实验室和宇宙中的可能来源。我们讨论了文献中提出的探测轴子类粒子的不同实验装置。在当前和未来的动机框架下，讨论了探测类轴子粒子在粒子物理、天体物理和宇宙学领域的意义。
2019-05-13 astro-ph.HE hep-ph
Detecting Axion Stars with Radio Telescopes
当轴子星穿过天体物理磁场背景时，轴子-光子转换会产生很大的电磁辐射功率。在考虑了空间扩展轴子星源的干涉效应和宏观介质效应后，我们估算了轴子星与中子星相遇时的辐射功率。对于具有$10^{-13}\,M_\odot$的致密轴子星，辐射功率为$10^{11}\,\mbox{W}\times(100\,μ\mbox{eV}/m_a)^4\,(B/10^{10}\,\mbox{Gauss})^2$量级，其中$m_a$为轴子粒子质量，$B$为中子星磁场的强度。由于轴子星占据了暗物质能量密度的很大一部分，这种与瞬态$\mathcal{O}(0.1\,\mbox{s})$无线电信号的相遇事件可能发生在我们的银河系中，平均源距离为1千秒差距。对于具有$B\sim 10^{13}$高斯的中子星，预测的谱通量密度为$μ$ Jy量级。现有的Arecibo、GBT、JVLA和FAST以及正在进行的SKA射电望远镜具有发现致密轴子星的极好潜力。
2017-09-29 astro-ph.HE 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
Detecting Axion Dark Matter through the Radio Signal from Omega Centauri
轴子作为暗物质的候选者，在磁性白矮星或中子星的磁层中可以通过轴子-光子共振转换探测到。在这项工作中，我们利用半人马座欧米茄，这是银河系中最大的球状星团，被认为是矮星系的残余核心，通过无线电信号探测轴子暗物质，这些信号来自其中所有的中子星和磁性白矮星。通过100小时的观测，SKA相1和LOFAR的结合可以有效地探测到在$0.1\sim 30 ~μ\text{eV}$的轴子质量范围内的轴子-光子耦合$g_{aγ}$到$10^{-14}\sim 10^{-15}~\text{GeV}^{-1}$的参数空间。根据中子星演化模型的选择，这种限制比单个中子星或磁性白矮星的限制要高出两个或三个半数量级。
2021-10-24 astro-ph.HE hep-ph
Detecting neutrino-boosted axion dark matter in the MeV gap
暗物质（DM）难以捉摸的本质仍然是一个远未解开的谜团。大量的工作致力于寻找DM与标准模型粒子的微弱相互作用的特征。在这项工作中，我们探讨了与超新星中微子相互作用的轴子DM的签名：中微子助推轴子DM（$ν$ BADM）。我们专注于$ν$ BADM在银河系磁场中转换成光子，产生一种奇特的伽马射线通量。这个信号落在探索不足的MeV能量范围内，将由下一代伽马射线任务探测。再一次，天体物理学的研究可以作为基础物理学的探测器，揭示DM的性质和特性。
2023-02-02 astro-ph.HE hep-ph
Prospects for detecting axion-like particles via the decay $Z\rightarrow af\bar{f}$ at future $Z$ factories
我们调查的前景，通过衰变$Z\rightarrow a f\bar{f}$在未来的$Z$工厂检测类轴子粒子（ALP，被称为“一个”）。考虑到衰变通道$a\rightarrow μ^+ μ^-$和$a\rightarrow b \bar{b}$，我们研究了四种类型的信号$μ^+ μ^- /E$、$b b /E$、$e^+ e^- μ^+ μ^-$和$e^+ e^- b b$。我们证明，这些通道是有前途的检测ALP在$Z$工厂，并获得耦合$g_{aZZ}$和$g_{aγZ}$的灵敏度界限。
2022-04-10 hep-ph
Detecting Axion-like Dark Matter with Linearly Polarized Pulsar Light
非相对论性QCD轴子或类轴子粒子是宇宙中冷暗物质最热门的候选者之一。我们提出了用线偏振脉冲星光作为探测器来探测类轴子DM。由于星系轴子DM背景振荡可能引起的双折射效应，脉冲星光穿越星系时，其线偏振角可能随时间变化。与孤子+NFW银河DM密度分布，我们表明，这种策略可以潜在地探测小到$\sim 10^{-13}$ GeV $^{-1}$轴子质量$m_a \sim 10^{-22}-10^{-20}$ eV的轴子光子耦合，给定当前的测量精度。强于CAST（$ \sim 10^{-10}$ GeV $^{-1}$）和SN 1987 A（$ \sim 10^{-11}$ GeV $^{-1}$）的排阻极限可以分别扩展到$m_a \sim 10^{-18}$ eV和$\sim 10^{-19}$ eV。
2019-02-25 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Detecting the QCD axion via the ferroaxionic force with piezoelectric materials
Perimeter Institute for Theoretical Physics（Perimeter理论物理研究所）；Department of Physics and Astronomy, University of North Carolina（北卡罗来纳大学物理与天文学系）；Center for Fundamental Physics, Department of Physics and Astronomy, Northwestern University（西北大学物理与天文学系基础物理中心）；Kavli Institute for Theoretical Physics, University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校卡弗里理论物理研究所）；Center for Cosmology and Particle Physics, Department of Physics, New York University（纽约大学物理系宇宙学与粒子物理中心）；Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（Flatiron研究所计算天体物理学中心）
利用压电材料产生虚拟QCD轴子，生成新的轴子介导力，通过核自旋进动检测轴子与核自旋的伪标量耦合，增强共振效应以探测质量范围为10^-5至10^-2 eV的QCD轴子。
2026-04-29 hep-ex hep-ph nucl-th
Detecting Axion Dark Matter with Radio Lines from Neutron Star Populations
有人认为，射电望远镜可能对轴子暗物质敏感，轴子暗物质在中子星周围的磁层中共振转换为射电光子。在这项工作中，我们仔细研究这种可能性，通过计算的辐射功率和预测的灵敏度轴子暗物质转换在天体物理系统，如星系和球状星团内的NS合奏。我们使用人口合成和演化模型来描述这些系统中的NS的空间分布和NS属性的分布。聚焦于三个具体的目标来说明，银河系的银河系中心，人马座矮星系中的球状星团M54和仙女座星系，我们表明，用绿岸望远镜和未来的平方公里阵列等望远镜进行的窄带射电观测可能能够探测质量超过大约两个数量级的量子色动力学轴子，从$μ$ eV的几分之一开始。
2018-11-02 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Detecting Supernova Axions with IAXO
本研究探究IAXO及BabyIAXO探测核心坍缩超新星轴子的潜力，指出其可探索太阳观测无法覆盖的轴子参数空间，邻近超新星事件下还能助力研究轴子产生机制与超新星核物理过程。
2025-07-29 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ex
Distinguishing the Axion-Wind and Oscillating-EDM Couplings in Storage-Ring Searches for Axion Dark Matter
Institut für Kernphysik, Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心核物理研究所）；III. Physikalisches Institut B, RWTH Aachen University（亚琛工业大学第三物理研究所B）
研究储存环中轴子暗物质的两种耦合，通过多束配置固定能量同时测两个可观测量及改变电场与磁场弯曲场比率两种方法，可提取耦合强度或清晰分离两种效应，用于未来EDM测量的储存环设施。
2026-07-29 hep-ex hep-ph physics.acc-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
Detecting the Stimulated Decay of Axions at Radio Frequencies
假设类轴子粒子构成全部暗物质，研究其在射电频率衰变为光子的探测可能性，发现环境辐射场可通过受激发射将信号放大数个数量级，并指出下一代射电望远镜如平方千米阵有望探测到该信号。
2019-03-28 astro-ph.GA hep-ph
Detecting solar axions using Earth's magnetic field
我们表明，太阳轴子转换为光子在地球的磁层可以产生的x射线通量，平均能量\sim 4千电子伏，这是可测量的黑暗面的地球。地球磁场的小被一个大的磁化体积所补偿。对于质量小于10^{-4} eV的轴子，一个有效面积为10^4 cm ^2的低地球轨道X射线探测器指向太阳核心，可以在一年内探测到10^{-11} GeV^{-1}的光子-轴子耦合。因此，这种新方法的灵敏度将超过目前实验室限制的数量级。
2005-10-20 astro-ph hep-ex hep-ph
Detecting Axion Dark Matter with an Organic Molecular Maser
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）
利用有机分子微波放大器探测轴子暗物质，实现高灵敏度的轴子-电子耦合常数测量
2025-12-22 hep-ph quant-ph
Detecting axion dark matter with chiral magnetic effects
本文提出利用导体中轴子诱导的手征磁效应电流探测轴子暗物质，并论证改造现有及计划中的轴子晕镜实验可获得良好探测灵敏度。
2024-09-04 hep-ph
Detecting Axion Dark Matter with Black Hole Polarimetry
本文提出利用超大质量黑洞周围轴子玻色-爱因斯坦凝聚增强的偏振旋转效应，通过事件视界望远镜的偏振测量探测轴子-光子耦合，并给出可探测的轴子质量与耦合参数范围。
2024-10-05 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
A New Method for Detecting Axion With Cylindrical Superconductor
提出了一种在轴子-光子转换中寻找暗物质轴子的方法。我们考虑了在强磁场作用下的圆柱形超导体。暗物质轴子产生振荡电场，在超导体表面感应出振荡超导电流。电流产生偶极辐射，频率为$m_a/2π$，由轴子质量$m_a$给出。我们证明了在磁场$\sim 3$ T作用下，当圆柱形超导体的半径为$\sim 1$ cm，长度为$\sim 10$ cm时，电流产生的辐射通量为$10^{-18}$ W量级. %超导电流在表面中流动至深度$λ\simeq 5\times 10^{-6}$ cm。大量的辐射通量的出现是因为超导体中存在具有大量密度的库珀对（$\sim 10^{22}/\rm cm^{3}$）。由于探测灵敏度高，可以利用现有射电望远镜同时搜索宽频带的射频。
2020-09-03 astro-ph.CO hep-ph
Detecting dilute axion stars constrained by fast radio bursts in the Solar System via stimulated decay
本研究提出向太阳系内可能存在的、受快速射电暴约束的稀薄轴子星发射强无线电波束，通过探测受激衰变回波检验其存在，为暗物质本质、FRB起源及哈勃张力问题提供研究途径。
2025-05-20 gr-qc hep-ph
Detecting axion dark matter with Rydberg atoms via induced electric dipole transitions
提出一种无需谐振腔、利用里德伯原子大跃迁偶极矩并通过轴子修正 Maxwell 方程量子化分析的超轻轴子暗物质探测方案，可拓展实验室约束至新参数区。
2023-07-18 cond-mat.quant-gas hep-ph physics.atom-ph
New Observables for Direct Detection of Axion Dark Matter
我们提出了新的信号，用于直接探测超轻暗物质，如轴子。轴子或类轴子粒子（ALP）暗物质可以被认为是一个背景，经典领域。我们认为耦合这个领域引起的可观察到的影响，包括核电偶极矩，轴向核子和电子的时刻。这些力矩以实验室中可获得的频率（~ kHz至GHz）快速振荡，由暗物质质量给出。因此，与WIMP探测相反，我们不是寻找单个暗物质粒子的硬散射，而是寻找整个经典暗物质场的相干效应。我们计算当前的界限，这样的时间变化的时刻，并考虑利用NMR方法来搜索诱导自旋进动的技术。这些技术探测的参数空间远远超出了目前的天体物理学极限，并显着扩展了实验室探测。自旋进动是寻找这些超轻粒子的一种方法，但很可能有许多新类型的实验可以利用这种时变时刻来寻找暗物质。
2013-09-03 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Detecting Axion-Like Particles With Gamma Ray Telescopes
我们建议，轴子状粒子（ALP）与双光子顶点，符合所有天体物理和实验室的界限，可能会导致一个可检测的签名，在高能量伽马射线源的光谱。这是由于伽马射线在有效的天体物理加速器的磁场中根据“希拉斯标准”转化为ALP，例如活动星系核的喷流或射电星系的热点。GLAST在1-100 GeV范围内和地面伽马射线望远镜在TeV范围内发现这种效应是可能的。
2007-12-06 astro-ph hep-ph
The Fermionic Axion Interferometer
Università di Padova（帕多瓦大学）
研究利用费米子干涉仪检测轴子引起的自旋共振进动，描述了检测方案、实验实现方式等，通过构建和特性研究，搜索亚纳电子伏特轴子样暗物质，获得其与电子耦合限制。
2026-07-13 hep-ex hep-ph
Detecting the Coupling of Axion Dark Matter to Neutron Spins at Spallation Sources via Rabi Oscillation
提出利用磁场中中子自旋的 Rabi 振荡和双 Stern-Gerlach 装置探测轴子暗物质与中子自旋耦合，以提升 $10^{-12}-10^{-10}$ eV 质量窗口的实验灵敏度。
2025-01-09 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
On detecting oscillations of gamma rays into axion-like particles in turbulent and coherent magnetic fields
背景辐射场遍布宇宙，在一定能量以上，任何由河外源发射的$γ$射线通量都会由于产生$e^+e^-$对而衰减。如果光子在周围磁场中振荡成假想的类轴子粒子（ALP），导致$γ$射线过剩，特别是在可以用成像空气切伦科夫望远镜（IACT）检测到的高光学深度处，则不透明度可以减轻。在这里，我们介绍了一种方法来搜索这样的信号在$γ$射线数据，并估计灵敏度为未来的观测。不同的磁场接近的$γ$ -射线源被考虑在内，其中光子可以转换成ALP，然后传播畅通无阻的宇宙学距离，直到他们重新转换在银河系的磁场。具体地说，我们考虑相干场在秒差距尺度的耀变体喷流以及湍流场内的星系团。对于后者，我们明确推导出的横向分量的磁场与高斯湍流负责的光子ALP混合。为了说明该方法，我们将其应用到一个模拟IACT阵列的特性类似的切伦科夫望远镜阵列和调查的灵敏度的依赖关系，以检测磁场参数上的$γ$射线过剩。
2014-09-04 astro-ph.HE hep-ph
Axions Scattering From a Quadrupole Magnetic Field
我们研究了二维散射的轴子从加速器一样的四极磁铁使用程函近似，以了解这样的设置是否可以作为一个新的可能的方法检测轴子在地面实验。介绍并解释了二维程函近似。我们还应用程函近似两个已知的情况下，以比较它与以前的结果，使用玻恩近似，并讨论其正确性。
2012-01-13 hep-ph hep-th
Detecting Extragalactic Axion-like Dark Matter with Polarization Measurements of Fast Radio Bursts
Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院紫金山天文台）；School of Astronomy and Space Sciences, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学天文与空间科学学院）
本研究利用FAST对FRB 20220912A的偏振测量，搜索河外星系轴子类暗物质，给出了耦合常数上限，提供了一种互补的探测途径。
2026-09-25 astro-ph.CO astro-ph.HE 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
Detecting ultralight axions from multifrequency observations of neutral hydrogen intensity mapping
本研究探讨了超轻轴子对再电离后中性氢信号的影响，揭示了其在不同质量范围内的暗物质或暗能量特性，并利用未来强度映射巡天的角相关函数探索了暗能量、中微子与ULAs之间的参数空间及简并性。
2024-11-12 astro-ph.CO hep-ph
Axion-induced pair production: a new strategy for axion detection
本文重新评估了由轴子-电子耦合介导的轴子诱导对产生过程，证明其是大型地下探测器探测高能轴子的高效机制，并重新评估了 Borexino 限制及比较了 JUNO 与 Hyper-Kamiokande 的探测能力。
2025-01-27 hep-ex hep-ph
Detecting axion dark matter beyond the magnetoquasistatic approximation
本文用有限元方法求解耦合轴子-电磁方程，发现辐射损耗和几何自谐振使磁准静态近似提前失效，并据此提出把轴子探测灵敏度扩展到更高频率。
2022-10-31 astro-ph.CO hep-ex 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
Detecting Axion-Like Particles With Coiled Optical Fibers I: Silica Fibers
Arnold Sommerfeld Center, Ludwig-Maximilians-Universität（阿诺德·索末菲中心，慕尼黑大学）；Max-Planck-Institut für Physik（马克斯·普朗克物理研究所）
本研究提出利用外部磁场中的盘绕光纤探测类轴子粒子，构建了对应光子-ALP转换的理论框架，固体二氧化硅光纤的主导信号为光子相移，空芯光纤可显著增强ALP信号，有望在大ALP质量区域设定新约束。
2026-08-31 astro-ph.CO hep-ph quant-ph
Detecting an axion-like particle with machine learning at the LHC
类轴子粒子（Axion-like particles，ALP）出现在各种新的物理模型中，具有自发的全局对称性破缺。当ALP的质量在MeV到GeV的范围内时，宇宙学和天体物理学的边界到目前为止相当弱。在这项工作中，我们调查这样的轻ALP通过ALP-strahlung生产过程$pp \to W^\pm a, Z a$与顺序衰减$a \to γγ$在14 TeV的LHC与3000 fb的积分亮度光度$^{-1}$（HL-LHC）。基于使用热量计塔作为图像的像素并将射流测量为图像的射流图像的概念，我们研究了基于卷积神经网络（CNN）的机器学习技术的潜力，以识别衰减为一对高度准直光子的高度增强的ALP。利用CNN标记算法，我们证明了我们的方法可以扩展当前LHC的灵敏度，并探测0.3~GeV到5~GeV的ALP质量范围。得到的界限是强于现有的限制ALP光子耦合。
2021-11-06 hep-ex hep-ph
Constraining interactions mediated by axion-like particles with ultracold neutrons
通过精确测量超冷中子和$^{199}$ Hg原子的Larmor旋进频率的比值，给出了一种可能的短程自旋相关相互作用的新极限.测量是在$\sim$ 1 $μ$ T垂直磁保持场中进行的，该装置在Paul Scherrer研究所寻找中子的永久电偶极矩。通过寻找中子和汞自旋旋进频率的微小变化，可以研究自由旋进的极化中子自旋与壁材料的非极化核子之间可能的耦合。这种频率变化可以解释为短程自旋相关相互作用的结果，这种相互作用可能由轴子或类轴子粒子介导。相互作用强度正比于标量和赝标耦合常数$g_Sg_P$的CP破坏乘积。我们的结果证实了限制与自旋极化核的互补实验中的模型无关的方式。在$10^{-6}<λ<10^{-4}$ m的相互作用范围内，来自其他中子实验的限制提高了两个数量级。
2014-12-11 hep-ex hep-ph
Probing Axion Nucleon Coupling with Optomechanical Frequency Shift Measurements
Key Laboratory of Artificial Structures and Quantum Control (Ministry of Education), School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交大物理与天文学院人工结构与量子控制教育部重点实验室）
提出一种基于悬浮光机械传感器的实验室尺度探测方案，通过双通道差分读出测量双轴子交换产生的自旋无关力梯度，从而约束轴子-核子相互作用，在轴子质量0.1-1 eV范围内将现有上限提高两个数量级。
2026-05-25 hep-ph
Focusing the Axion Wind with Ferrite Flux Concentrators
本文提出用亚铁磁性磁通量集中器将轴子风赝磁场放大为真实磁场，并结合悬浮铁磁体天平动模式的亚飞特斯拉磁测量，在1–500 Hz内将$g_{ae}$探测灵敏度推进至$\lesssim10^{-11}$。
2025-09-29 hep-ex hep-ph
Detecting Light Boson Dark Matter through Conversion into Magnon
轻玻色子暗物质如轴子或暗光子在磁场的作用下可以在磁绝缘体中共振转化为磁振子，并可以在实验上探测到。我们给出了一个关于磁振子事件率的量子力学公式，并表明其结果与经典计算的结果是一致的。此外，指出QUAX方案的轴子探测实验装置也可以作为暗光子暗物质的探测器。它在1 meV左右的质量范围内具有良好的灵敏度，这超出了天体物理学的限制。
2020-05-20 hep-ph
Axion induced spin effective couplings
探测轴子暗物质诱导的电子或核子振荡电偶极矩（OEDM）已成为寻找暗物质的新途径。我们重新审视这种轴子自旋耦合在外部电磁场。我们指出，轴子-光子相互作用诱导电子自旋有效耦合，这是不同于OEDM。特别地，轴子-自旋有效耦合与磁场而不是电场直接相关。对于轴子-电子耦合或轴子-核子耦合，引入了费米子的OEDM，其在超轻轴子情况下的效应取决于轴子位移对称性是否明显。具体来说，超轻的轴向暗物质相互作用，不遵守移位对称性将受到强烈的约束。我们也将结果推广到轴子有有限速度的情形。
2021-02-09 hep-ph
Detecting the $π$-axiverse through parametric resonance
Brown University（布朗大学）；University of the Witwatersrand（威特沃特斯兰德大学）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences (HIAS-UCAS)（中国科学院大学杭州高等研究院）
本研究针对有别于弦轴子宇宙的$\pi$-轴子宇宙多轴子模型，探究轴子星不稳定性引发的光子参量共振辐射信号，通过数值方法确定MeerKAT等射电望远镜可探测的参数空间，推动多轴子-伸缩子暗物质的间接探测研究。
2025-08-06 hep-ph
Detecting Sub-eV Scale Physics by Interferometry
我们提出了一种新的基于干涉的实验来检测亚电子伏特尺度的粒子，如轴子样粒子（ALP）。
2012-12-12 hep-ph
Non-perturbative time-dependent String Backgrounds and Axion-induced Optical Activity
通过在$α^{'}$中对所有阶的Weyl-beta函数进行时间齐次处理，得到了玻色弦在引力子、声子和Kalb-Ramond场的含时背景下的共形不变性.由于非平凡的背景配置，这种构造在任何目标空间维度中都是可能的。在四维闵可夫斯基宇宙的框架下，讨论了反对称张量场与阿贝尔（电磁）规范场耦合时的电磁效应。证明了非平凡的旋光性，这构成了一种方法来检测字符串启发的轴子/介子效应在这样的模型。
2008-04-15 gr-qc hep-ph hep-th
Detecting the coupling of axion-like particles with fermions at the ILC
本文研究在 1 TeV ILC 上利用 W⁺W⁻ 融合及 a→b b̄ 衰变道探测 ALP-费米子耦合，给出两个质量区间内 95% 置信水平的预期灵敏度。
2023-12-07 hep-ph
Enhancing photon-axion conversion probability with squeezed coherent states
本文以量子场论方法处理光子-轴子转换，评估了从光子量子态到轴子量子态的转换概率，并发现压缩相干态能增强该转换概率，有助于提升轴子探测灵敏度。
2025-07-10 gr-qc hep-ph hep-th
Axion signal search using hybrid nuclear-electronic spin systems
University College London（伦敦大学学院）；Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, Consejo Superior de Investigaciones Científicas（马德里材料科学研究所，西班牙国家研究委员会）
本文提出一种混合架构，通过超精细相互作用将轴子驱动的核自旋进动转换为高带宽电子自旋读出通道，实现对暗物质信号的高效探测。
2026-09-24 hep-ex hep-ph quant-ph
Effects of Finite Material Size On Axion-magnon Conversion
本文系统分析了轴子-磁振子转换率对目标材料尺寸的依赖性，指出当轴子德布罗意波长较短时有限动量磁振子模式可被激发，并讨论了该效应在探测相对论性轴子和较重质量轴子暗物质中的重要性。
2024-02-15 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Detecting light axions from supernovae in nearby galaxies
Dipartimento Interuniversitario di Fisica “Michelangelo Merlin”（米开朗基罗·梅林跨大学物理系）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare - Sezione di Bari（意大利国家核物理研究所巴里分部）；SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福直线加速器中心）；Centro de Astropartículas y Física de Altas Energías, University of Zaragoza（萨拉戈萨大学高能天体粒子与物理中心）；Barry University（巴里大学）
研究通过伽马射线监测和引力波探测器探测近邻星系中超新星产生的轻轴子，探索其与光子的耦合常数。
2026-10-06 hep-ph
