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
Looking at the NANOGrav Signal Through the Anthropic Window of Axion-Like Particles
本文研究了类轴子场演化过程中导致闭合畴壁形成的暴胀动力学，类轴子场的类Peccei-Quinn相变发生在暴胀之前.在暴胀之后，畴壁可能在随机引力波背景中留下它们的印记，在脉冲星定时阵列测量可访问的频率范围内。我们推导出的特征应变功率谱的封闭域壁的分布，并与最近报道的NANOGrav信号过剩。我们发现，由畴壁产生的特征应变谱的频率依赖性的斜率非常好地集中在NANOGrav报告的信号中的斜率范围内。分析ALP场的膨胀动力学，与等曲率约束一致，我们揭示了这些参数的组合，其中来自膨胀诱导的ALP畴壁的信号可以使NANOGrav过量的振幅饱和。足够大的封闭畴壁的演化可能导致虫洞的形成，而这些畴壁会逃逸到婴儿宇宙中。我们研究了封闭的墙壁逃入婴儿宇宙的条件，可以在随机的引力波背景中留下可检测的印记。
2021-06-26 astro-ph.CO gr-qc hep-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
Mixed Wino-Axion Dark Matter in String/M Theory and the 130 GeV Gamma-line "Signal"
具有低能超对称性的弦/M理论紧化倾向于预测暗物质有两个组成部分：轴子和WIMP \cite{1004.5138,1204.2795}。在符合这一点，我们表明，暂定130 GeV的伽玛线信号报告\cite{1204.2797}可以解释为所产生的湮灭145 GeV的质量，Wino类WIMP到Z玻色子和光子。在这种情况下，信号意味着暗物质的第二个组成部分，我们解释为由轴子组成-相对Wino/Axion丰度近似相等。进一步的预测是隐含的：在这两个扩散和单色光子从矮球状星系的信号;单色光子能量为145 GeV;对于大型强子对撞机，希格斯玻色子的质量已经预测在这个框架\cite{1112.1059}，和目前的希格斯极限提供有趣的约束质量的Gluino。
2012-05-25 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Looking for dark matter on the light side
在众多的低质量暗物质候选者中，有QCD轴子，也有其他轻的和弱相互作用的粒子，这些粒子超出了标准模型。我们简要回顾了这种暗物质的情况下，并给出了一个概述最近的实验室搜索，在那里我们专注于利用这种粒子的潜在电磁耦合的实验。
2015-04-02 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
On the Sensitivity of Spin-Precession Axion Experiments
本研究分析自旋进动轴子实验（如CASPEr）的信号与背景，发现在横向自旋弛豫时间主导时信号在相干时间后仍增长，使灵敏度最高提升100倍，改善QCD轴子探测前景。
2023-05-12 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Enhanced Axion-wind near Earth's Surface
该研究探讨暗物质与普通物质的二次相互作用对地球附近暗物质场梯度的修正，给出含相对速度的场分布结果，说明其可缓解特定耦合下的发散，为类波暗物质探测提供参考。
2025-03-23 astro-ph.CO hep-ph
Search for Ultralight Axion Dark Matter with a Levitated Ferromagnetic Torsional Oscillator
School of Physics, Hefei University of Technology（合肥工业大学物理学院）；National Laboratory of Solid State Microstructures and Department of Physics, Nanjing University（南京大学固体微结构物理国家重点实验室和物理系）
利用悬浮铁磁扭转振荡器探测超轻轴子暗物质，通过高真空和磁屏蔽获得18000秒数据，设定90%置信度限，未来计划通过优化提升灵敏度。
2026-01-08 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Axion dark matter, solitons, and the cusp-core problem
自引力玻色子场可以支持稳定和局部的场配置。对于实场，这些解随时间振荡，称为振荡子。密度分布是静态的，是孤立子。这样的孤子在轴子暗物质模型中应该是普遍存在的，孤子的特征质量和大小取决于轴子质量的某个逆幂。用薛定谔-泊松系统数值研究了非相对论性轴子的稳定组态。这种方法，以及由此产生的孤子密度分布，进行审查。利用标度对称性和测不确定原理，孤子的核心尺寸可以以一种普遍的方式与中心密度和轴子质量$m_a$相关联。孤子具有恒定的中心密度，由于压力支持，不同于冷暗物质（CDM）的尖形轮廓。这一事实的一个结果是，由超轻轴子（ULA）组成的孤子可以解决CDM的“尖点核”问题。在DM晕中，热力学将导致在大半径处具有类似CDM的Navarro-Frenk-White轮廓，在小半径处具有中心孤子核心。利用Monte-Carlo技术，探索这种形式的可能的密度分布，拟合矮球状星系的恒星运动学数据。为了使ULAs解决尖点核问题（不依靠重子反馈或其他天体物理效应），轴子质量必须满足$m_a<1.1\times 10^{-22}\text{ eV}$在95\%C. L。另一方面，具有$m_a\lesssim 1\times 10^{-22}\text{ eV}$的ULA与宇宙学结构的形成存在某种张力。一个轴子解决方案的尖核问题，从而使新的预测，未来的测量时代的再电离。另一方面，这可以被看作是结构形成可以很快在轴子/…
2015-06-17 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
A Dark Matter Hurricane: Measuring the S1 Stream with Dark Matter Detectors
最近发现的S1流以低倾角、反向旋转的轨道穿过太阳附近。S1的前身是一个矮星系，其总质量与现在的天炉座矮椭球相当，因此预计该星系流将具有显著的DM成分。我们计算的影响的S1流的WIMP和轴子探测器作为其不可测的暗分量的密度的函数。在WIMP探测器中，S1流提供更多的高能核反冲，因此将略微改善DM探测前景。我们发现，即使S1包括小于10%的局部密度，多吨氙WIMP探测器可以区分S1流从散装晕在相对较窄的质量范围内5和25 GeV之间。在定向WIMP探测器如CYGNUS中，S1更显著地增加了DM探测前景，因为它增强了WIMP信号的各向异性。最后，我们表明，轴子haloscopes拥有迄今为止最大的潜在敏感性的S1流。一旦轴子质量被发现，S1的独特速度分布可以很容易地从轴子功率谱中提取出来。
2018-11-07 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ex
Ultra-light Dark Matter is Incompatible with the Milky Way's Dwarf Satellites
矮星系的密度分布是一个高度变化的集合。如果暗物质是一种超轻粒子，如轴子，那么模拟预测一个独特的和独特的配置文件。如果轴子质量大到足以适合超暗矮（UFD）卫星（$m\gtrapprox 10^{-21}$ eV），那么模型就不适合天炉座和玉夫座的密度分布，并且被超过$3-σ$的置信度排除。如果轴子的质量在可以拟合天炉座和玉夫座矮椭球体的质量分布的质量范围内，那么它的扩展分布意味着UFD的巨大质量（$\approx10^{11}-10^{12}M_{\odot}$）。这些大质量的UFDS被排除在$3-σ$以上的信心动力学摩擦参数。考虑到UFD的恒星形成历史和恒星质量，这种张力会进一步增加。除非未来的重子反馈超轻暗物质（ULDM）模拟显示晕的密度结构发生重大变化，否则当前的数据与ULDM方案不相容。放松经典矮星系的斜率限制将导致排除质量小于$6\times10^{-22}$ eV的ULDM。
2020-03-05 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Indirect Detection of Decaying Dark Matter with High Angular Resolution: Case for axion search by IRCS at Subaru Telescope
提出利用微分$D$因子分析矮椭球星系暗物质衰变信号，发现8.2m Subaru望远镜的IRCS可探测eV级类轴子粒子，数晚观测即可超越恒星冷却界限。
2023-05-22 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Piezoelectrically Tuned Multimode Cavity Search for Axion Dark Matter
$μ$ eV轴子是对标准模型的一个很好的扩展。轴子暗物质实验（ADMX）合作项目试图通过寻找暗物质轴子在强磁场中共振转换为微波光子来发现这种粒子。在这封信中，我们报告了一个探路者实验的结果，ADMX“Sidecar”，旨在为未来更大规模的搜索铺平道路。该测试台实验位于主ADMX实验内部，并与主ADMX实验协同操作。Sidecar实验排除了三个宽间隔频率范围（4202-4249，5086-5799和7173-7203 MHz）的质量。此外，Sidecar演示了成功使用压电致动器进行腔调谐。最后，该出版物首次报告了使用TM $_{010}$和TM $_{020}$模式测量的数据。
2019-01-03 astro-ph.CO hep-ex physics.ins-det
Searching for Light in the Darkness: Bounds on ALP Dark Matter with the optical MUSE-Faint survey
我们使用MUSE光谱观测矮球状星系狮子座T之间的470和935 nm的轴子样粒子（ALP）的辐射衰变的搜索。假设ALP构成的暗物质组成的利奥T晕，我们推导出的有效ALP双光子耦合的界限。我们改进现有的限制超过一个数量级的ALP质量范围2.7-5.3 eV。
2021-01-11 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
The shapes of Milky Way satellites: looking for signatures of tidal stirring
我们研究的背景下，潮汐搅拌的矮球状星系的形成方案的银河系卫星的形状。用于测量形状的标准程序涉及数据的平滑和分箱，因此可能不足以检测像条这样的结构属性，这些属性在低表面亮度系统中通常是微妙的。利用这一事实，即在附近的矮星测光的个别恒星是可用的，我们引入离散措施的形状的基础上的二维惯性张量和傅立叶酒吧模式。我们应用这些措施的形状第一个各种模拟矮星系通过潮汐搅拌盘嵌入在暗物质晕和轨道银河系形成。除了强烈的质量损失和恒星轨道的随机化，磁盘进行形态的转变，通常涉及形成一个三轴杆后的第一个近心通道。如果潮汐力足够强，这些潮汐诱导的酒吧持续几个Gyr之前被缩短到一个更球形的形状。我们通过以类似的方式测量附近的矮星系（银河系的卫星）的形状来测试这一预测。我们探测到小熊座、人马座、大麦哲伦星云和船底座的内杠。此外，11个被研究的矮星中有6个在外部显示出细长的恒星分布，这可能意味着过渡到潮汐尾。因此，我们发现银河系卫星的形状是一致的潮汐搅拌模型的预测。
2012-03-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Soliton Solution for the Central Dark Masses in 47- Tuc Globular Cluster and Implications for the Axiverse
我们对球状星团47-Tuccino中心恒星的上升自行提供了驻波解释，这些恒星的上升自行相当于总质量的$\simeq 0.44\%$。我们表明，这可以解释为暗物质的光玻色子组成的孤子核心，$ m \geq 10^{-18} eV $，对应于$ \leq 0.27 pc$，作为一个替代方案，一个单一的黑洞（BH）或最近提出的恒星BH残余物的浓度。这一点特别重要，因为在没有重核的情况下，拥有一个具有上述半径的浓缩恒星BH残留物是非常具有挑战性的，因为三个天体的相遇会阻止BH如此浓缩。我们认为这个核心是由这个球状星团在围绕我们银河系的暗晕运行时被深引力势捕获的暗物质发展而来的。这个玻色子可能是第二个轻轴子的证据，除了$10^{-22} eV$的较轻玻色子之外，矮球状星系的大暗核暗示了占主导地位的暗物质。两个这样的轻玻色子质量标度的识别有利于广义弦论预测的一个广泛的，离散的质量谱的轴子标量场。
2020-02-24 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Wave Dark Matter and Ultra Diffuse Galaxies
作为玻色-爱因斯坦凝聚体的暗物质，例如弦论的轴子标量场粒子，可以解释大尺度上暗物质的冷性。在这方面的开创性模拟预测了丰富的波状结构，在每个星系中的基态孤子核心周围的激发态的光环，干扰德布罗意尺度。德布罗意尺度在低质量星系中是最大的，因为动量较低，这为矮球状星系的宽核提供了一个简单的解释。在这里，我们扩展这些“波暗物质“（$ψ$ DM）的预测，新发现的类“超扩散星系”（UDG），类似于矮球状星系，但更广泛的恒星配置文件。目前最好的研究的例子，DF 44，有一个均匀的速度色散$\simeq 33$公里/秒，延伸到至少3千秒差距，我们表明是重现我们的$ψ$ DM模拟与孤子半径为$\simeq 0.5$千秒差距。在$ψ$ DM的背景下，我们显示了相对平坦的色散分布DF 44之间的大质量星系的紧凑密集的孤子，可能存在于银河系的规模为100 pc和较低的质量星系的速度色散下降中心内的一个广泛的，低密度的孤子，如Antlia II，半径为3千秒差距。
2021-03-31 astro-ph.CO astro-ph.GA
Is natural higgsino-only dark matter excluded?
超对称（SUSY）粒子物理模型对电弱自然性的要求，要求轻希格斯介子不能太远离m（weak）~ m（W，Z，h）~100 GeV的弱标度。另一方面，大型强子对撞机希格斯质量测量和sparticle质量限制指向超对称性打破规模在多TeV政权。在这样的条件下，最轻的超对称粒子预计将主要是一个类希格斯诺的中性伴子，具有不可忽略的高志子成分（自然性要求）。然后发现在自然超对称模型中计算的热WIMP丰度通常比其测量值低5-20倍。为了获得与观测的一致性，要么必须存在额外的DM粒子（轴子是一个很好的动机可能性），要么必须增加额外的非热机制来增加中性伴子的丰度。我们比较了目前的直接和间接的WIMP探测极限的三个自然超对称模型的基础上重力，异常和mixing调解。我们表明，自然希格斯只暗物质的情况下，非热生产机制增加其遗迹密度，基本上被排除在PandaX-II，LUX和氙-1t实验的直接检测约束的组合，并从费米-LAT/MAGIC观测矮球状星系的伽马射线的界限。
2018-04-10 astro-ph.CO hep-ph
Limits from the grave: resurrecting Hitomi for decaying dark matter and forecasting leading sensitivity for XRISM
本文利用Hitomi档案空白天空数据显著提升了对银河系内衰变暗物质的搜寻灵敏度，并预测XRISM全任务将在1–20 keV质量范围取得领先灵敏度。
2023-05-26 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Probing the Fundamental Nature of Particle Dark Matter
University of the Witwatersrand（威特沃特斯兰德大学）；Rhodes University（罗德岛大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
本文综述了利用SKA射电望远镜搜索WIMP和ALP粒子暗物质的方法，包括射电连续谱观测和偏振测量，并给出了未来SKA望远镜的探测前景。
2026-06-25 astro-ph.CO hep-ph
Phenomenological consequences of superfluid dark matter with baryon-phonon coupling
最近，一种新形式的暗物质被认为可以在星系中自然地再现米尔格罗姆定律的成功经验。候选的暗物质粒子是类轴子，质量为eV量级，具有强的自相互作用。它们在星系晕的中心区域被玻色-爱因斯坦凝聚成超流相。超流声子激发反过来耦合到重子，并介导额外的长程力。对于一个合适的超流体状态方程的选择，这个力可以模拟米尔格罗姆定律。在本文中，我们详细发展的一些主要的唯象后果，这样的形式主义，通过重新访问预期的暗物质晕配置文件中存在的扩展重子分布。特别是，我们展示了如何旋转曲线的高和低的表面亮度星系可以复制，在大规模的高表面亮度星系的大半径旋转曲线略有上升，从而微妙地不同Milgrom定律。最后，我们指出其他预期的差异与Milgrom定律，特别是在矮球状卫星星系，潮汐矮星系，和球状星团，其Milgromian或牛顿行为取决于相对于超流核心的主机星系的位置。我们也预期星系团内的超扩散星系的速度会略高于重子Tully-Fisher关系。最后，我们注意到，在这个框架中，光子和引力子遵循相同的测地线，和星系-星系透镜，探测更大的距离内的星系晕比旋转曲线，应该遵循的预测更接近标准的宇宙学模型比米尔格罗姆定律。
2017-11-15 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Contrasting Galaxy Formation from Quantum Wave Dark Matter, $ψ$DM, with $Λ$CDM, using Planck and Hubble Data
$4 \lesssim z \lesssim 10$新建立的高z星系光度函数可以为解释矮星系核心性质的暗物质模型提供严格的检验。矮球状星系的核心被认为是太大了，以至于不能用温暖的暗物质的自由流动来解释，而不会过度抑制这种星系的形成。在这里，我们证明了宇宙学模拟波暗物质，$ψ$ DM，适合于轻玻色子，如轴子，不遭受这个问题，给出一个玻色子质量$m_ψ \ge 1.2 \times 10^{-22}{\,\rm eV}$（$2σ$）。在这种情况下，Halo质量函数被抑制在$\sim 10^{10}{\,M_\odot}$以下的水平，这是一致的高Z光度函数，而同时产生的矮星系中产生的孤子基态$ψ$ DM的kpc尺度的核心。我们证明，在这种情况下的再电离的历史是一致的汤姆逊光学深度最近报告的普朗克，假设一个合理的电离光子产生率。我们预测在$z \gtrsim 4$，光度函数应该在$M_{\rm UV} \gtrsim -16$的固有UV光度附近缓慢翻转。我们还表明，在哈勃前沿领域的星系放大$\mathord{>}10\times$，$ψ$ DM预测的数量级比冷暗物质在$z \gtrsim 10$到$M_{\rm UV} \sim -15$少检测，使我们能够区分这些非常不同的解释所观察到的冷暗物质。
2016-01-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Indirect Detection of eV Dark Matter via Infrared Spectroscopy
本文提出利用高分辨率红外光谱仪探测电子伏特级暗物质衰变产生的单色红外光子，并以WINERED和NIRSpec为例证明数小时观测矮椭球星系即可探测类轴子粒子暗物质，同时给出多普勒频移和银心搜寻等补充方案。
2025-02-05 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Dwarf Galaxies United by Dark Bosons
本研究提出暗物质由两种玻色子构成，通过不确定性原理解释矮星系的双峰分布，并预测孤子核结构，为暗物质多样性提供轴子宇宙统一解释。
2024-03-19 astro-ph.CO
