Axion cosmology in the presence of non-trivial Nambu-Goldstone modes
考虑到动力学赝Nambu-Goldstone模的影响，重新研究了轴子宇宙学，最近指出了它的重要性。当Peccei-Quinn（PQ）对称性被手征U（1）单重态破缺时，动力学Nambu-Goldstone模的作用使轴子暗物质不成立.当PQ对称性被扩展并被两个单线态打破时，我们发现轴子宇宙学是可行的，但与文献中研究的轴子宇宙学有几点不同。不同之处在于：（1）普通类型的暗物质标度为$1/{\rm cosmic \; scale\; factor}^3$，它产生于模场，而不是通常的角场;（2）超轻范围内的暗物质量子质量，$(10^{-32} \sim 10^{-14})\,$ eV;（3）暗能量的出现与目前的有序密度有关（几meV）$^4$与观测一致，（4）存在一个长范围的自旋相关力，（5）当引入共形耦合到重力时，PQ对称性破缺后的慢卷膨胀。
2022-04-28 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Axion cosmology with post-Newtonian corrections
本文在宇宙学背景下建立一般非理想流体与相干振荡轴子的1PN近似，导出不依赖时间规范的Schrödinger与Madelung流体方程，并给出规范不变的线性不稳定性及静态极限分析。
2022-11-07 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Axion cosmology with long-lived domain walls
我们研究了畴壁数大于1的轴子模型的宇宙学约束。在这些模型中，形成了多个附着在弦上的畴壁，并且它们存活了很长时间。它们的湮灭是由于普朗克尺度物理可能提出的显式对称性破缺项的影响。我们进行三维晶格模拟和计算的轴子和引力波产生的长寿域壁的频谱。利用数值结果，我们估计了轴子和引力波的残余密度。我们发现，长寿命畴壁的存在导致了冷暗物质轴子的过剩产生，而引力波的密度太小，目前无法观测到。结合其他观测约束的结果，我们发现，整个参数区域的模型被排除，除非存在不可接受的微调。
2013-02-25 astro-ph.CO hep-ph
Axiverse cosmology and the energy scale of inflation
由弦论激发的超轻轴子（$m_a\lesssim 10^{-18}$ eV）可以成为暴胀能量尺度的有力探测器。与较重的轴子相比，超轻轴子中的等曲率模可以与可观测到的引力波共存。在这里，它表明，大尺度结构约束严重限制了轴子质量，密度分数和等曲率振幅的参数空间。它还表明，从根本上不同的CMB观测的超轻轴子等曲率模式另外减少这个空间。给出了一种新的、精确的、有效的等曲率功率谱计算方法，并将其应用于超轻轴子和暴胀的约束。
2013-10-23 astro-ph.CO hep-th
Axion Cosmology with Multi-Branch Yang-Mills
Tohoku University（东北大学）；Tokyo Metropolitan University（东京都立大学）
本文提出轴子宇宙学中多分支杨-米尔斯结构在轴子获质量时的关键作用，揭示新的相变、反弹气泡等现象，为轴子宇宙学提供新预测。
2025-11-24 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Lunar Mass Black Holes from QCD Axion Cosmology
在量子色动力学的轴子方案中，一个由宇宙弦包围的畴壁网络分裂成碎片。当这些碎片坍缩时，其中一些会形成黑洞。用标准的QCD轴子参数，黑洞将有月球质量（$M_{\rm bh} \sim 10^{-8}\, {\rm M}_\odot$）。尽管它们的数量密度很难估计，但有证据表明它们可以构成临界宇宙学密度的合理部分。
2018-06-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The topological susceptibility in finite temperature QCD and axion cosmology
本文利用高度改进的交错夸克作用量和几种晶格间距（对应于晶格的时间范围），$N_τ=6,8,10$和$12$，研究了手征交叉跃迁温度以上2+1味QCD的拓扑磁化率.我们观察到非常明显的温度依赖性的拓扑磁化率在$250$ MeV以上和以下的范围。当温度高于$250$ MeV时，这种依赖性与稀瞬子气体近似一致，而在较低温度时，拓扑磁化率的下降较温和.我们讨论了宇宙学的结果，其中我们估计的界限上的轴子衰变常数和振荡温度，如果确实QCD轴子是一个可能的暗物质的候选人。
2016-11-23 astro-ph.CO hep-lat hep-ph
Cosmology With Axionic-quintessence Coupled with Dark Matter
我们研究了用轴子场与宇宙能量收支中的暗物质部分相耦合来解释晚时加速的可能性。轴子场起源于IIB型弦论的拉蒙-拉蒙扇区。我们研究宇宙的背景演化以及线性区域中物质微扰的增长。随后，我们使用的观测数据从Sn-Ia，BAO测量，测量的哈勃参数以及观测数据的增长的物质扰动来约束我们的模型。我们的结果表明，在现有的观测数据下，耦合轴子模型允许对宇宙学常数有较大的偏离。
2013-08-07 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Axion Cosmology
1.导言2.模型：QCD轴子;强CP问题; PQWW，KSVZ，DFSZ;异常，瞬子和势;耦合;弦论中的轴子3。生产和I.C. 's：单边带和非微扰物理学;膨胀和PQ单边带期间的轴子场;宇宙学布居-母体衰变、拓扑缺陷、热产生、真空重排4。宇宙学场：作用;背景演化; QCD轴子和ALP的错位;宇宙学扰动理论- i.c.的，早期治疗，轴子声速和金斯尺度，传递函数和WDM;薛定谔图片;模拟轴子; BEC 5。CMB和LSS：初级各向异性;物质功率;组合约束;等曲率和膨胀6。星系形成;晕质量函数;高Z和EOR;密度剖面; CDM小规模危机7.加速扩张：C. C。问题;轴子膨胀（自然和monodromy）8.与黑洞和黑洞的引力相互作用9.非引力相互作用：恒星天体物理学; LSW;真空双折射轴子力;用ADMX和CASPEr直接探测;轴子衰变;暗辐射;天体物理学磁场;宇宙学双折射10.结论A规范理论的θ真空B宇宙学家的EFT C弗里德曼方程D宇宙流体E贝叶斯定理和先验F简并和采样G Sheth Tormen HMF
2016-06-15 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Cosmology of the companion-axion model: dark matter, gravitational waves, and primordial black holes
该研究提出伴生轴子模型，引入第二个QCD轴子解决强CP问题与畴壁问题，分析其暗物质产生机制、质量窗口与丰度，并预言了特定频率引力波背景和恒星级原初黑洞等宇宙学特征。
2021-10-21 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Axion Stabilization in Modular Cosmology
本文推广$SL(2,\mathbb{Z})$不变的$α$-吸引子模型，在保持对称性与单场宇宙学预言的同时使轴子在暴胀期获得大质量并强稳定，从而消除等曲率扰动。
2025-06-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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
Cosmology of Gravi-Axions
Brown University（布朗大学）；New York University（纽约大学）；University of Chicago（芝加哥大学）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
该研究探讨了引力轴ions作为暗物质和暗能量的宇宙学角色，通过非微扰机制生成质量项，并讨论其在不同宇宙学场景中的行为。
2025-11-28 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A dilaton-axion model for string cosmology
在$d$ -维中耦合到引力的轴子和介子的一般尺度不变理论被推广到一个具有两个介子的“通用”单轴子模型，该模型在一致的降维/截断下再现自身。平坦FLRW宇宙学对应于三维自主动力系统的轨迹，我们分析的重点是加速宇宙膨胀，推导出精确的沼泽地边界，排除永恒的加速度。我们还表明，对于两组值的三个独立的参数，该模型是一个一致的截断的最大的“大规模”超引力理论所产生的弦/M-理论，这些最大的超引力参数值的FLRW宇宙学包括一些瞬态德西特相，但不是经常性的德西特相或永恒的宇宙加速度，是可能的其他参数值。
2022-06-08 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Cosmology of Axions and Moduli: A Dynamical Systems Approach
本文主要讨论弦宇宙学和多重标量场的动力学，以及它们作为（早期）暗能量模型的特征。我们的出发点是“弦轴宇宙”，一个场景，激发宇宙学轻轴子场的存在作为弦论的一般后果。我们把这样一个轴子与它相应的模耦合起来。我们给出了一个详细的介绍，丰富的宇宙学这样一个模型，从设置初始条件的领域在通货膨胀期间，渐近的未来。我们提出了一些简化的假设的基础上固定的轴子衰减常数$f_a$，和有效场论时，模轨迹是绝热的，并找到这些假设的条件下，打破。作为我们的分析的副产品，我们发现，放松假设固定的$f_a$导致出现一个新的亚稳de-Sitter区域的模量，而不需要提升一个额外的常数。动力系统分析揭示了许多不动点吸引子，排斥子和鞍点，我们详细分析的存在。我们还提供了相空间的几何解释。固定点可用于约束模型中的耦合。对参数空间某些区域的系统扫描揭示，在这个模型中，宇宙的未来演化可能是丰富的，包含多个加速膨胀的时代。
2013-03-21 astro-ph.CO hep-th
Clockwork Axions in Cosmology: Is Chromonatural Inflation Chrononatural?
许多宇宙学模型依赖于轴子与规范场的大耦合。例子包括磁生理论、陡势暴胀理论、手征引力波理论和色性暴胀理论。这样的理论需要在$a F \widetilde{F}$耦合中出现的轴子场范围和质量尺度之间的不匹配。这种不匹配表明了一种潜在的单值性，轴子绕着它的基本周期缠绕了很多次。我们调查的程度，这个整数可以解释为一个较小的整数在UV完成的产品：在我们这个时代的说法，可以理论是“钟表”？我们认为，一个钟表结构产生的基本周期$F_a$的轴子的潜在$μ^4 \cos(\frac{a}{j F_a})$将遵守约束$μ< F_a$。对于某些应用，包括次普朗克场范围的色性暴胀，这个约束阻碍了发条UV完成。大耦合的替代途径包括大电荷场（一种受强耦合限制的方法）或动力学混合（需要更轻的轴子）。我们的研究结果表明，解释理论中的大参数的轴子宇宙学的完善可能会改变模型的唯象预测。
2018-06-25 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Cosmology of axion dark energy in supersymmetric models and constraints on high scale parameters
University of Hartford（哈特福德大学）；Union College（联合学院）；Northeastern University（东北大学）
本文分析超对称模型中由超轻轴子场驱动的相互作用暗能量与暗物质，通过N=2余弦势拟合宇宙学数据，限制轴子衰变常数和暗能量-暗物质耦合强度，并研究对哈勃张力和暗能量状态方程动力学的影响。
2026-06-03 astro-ph.CO
Standard Model-Axion-Seesaw-Higgs Portal Inflation. Five problems of particle physics and cosmology solved in one stroke
我们提出了一个最小的标准模型（SM）的扩展，提供了一个一致的图片粒子物理从电弱尺度到普朗克尺度和宇宙学从通货膨胀到今天。三个右手中微子$N_i$，一个新的色三重态$Q$和一个复的SM-单重态标量$σ$，它们的真空期望值$v_σ\sim 10^{11}$ GeV同时破缺轻子数和Peccei-Quinn对称性。在低能量下，模型简化为SM，增加了跷跷板产生的中微子质量和混合，加上轴子。后者解决了强CP问题，并解释了宇宙中的冷暗物质。暴胀子由$σ$和SM希格斯粒子的混合物组成，暴胀后宇宙的再加热通过希格斯入口进行。重子发生是通过热瘦生进行的。因此，在这个统一的标准模型-轴子-跷跷板-希格斯门暴胀（SMASH）模型中，粒子物理学和宇宙学的五个基本问题被一举解决。它可以通过即将进行的宇宙微波背景和轴子暗物质实验进行决定性的探测。
2017-07-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Preheating Axions in String Cosmology
本研究针对弦暴胀模型中的轴子参数共振产生展开分析，通过推导动力学耦合与模依赖轴子质量导致的 Mathieu 方程推广形式，确定共振强度并应用于IIB型纤维暴胀模型，发现重轴子大量产生会约束参数空间以避免宇宙过闭合。
2024-11-28 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Axion Cosmology Revisited
轴子产生的失准机制取决于温度依赖的轴子质量。后者最近已确定内的相互作用瞬子液体模型（IILM），并首次提供了一个良好的动机轴子质量的所有温度。我们重新审视的限制放在轴子参数空间的光，这个新的质量函数。我们发现一个准确的和更新的约束$ f_a \le 2.8(\pm2)\times 10^{11}\units{GeV}$或$m_a \ge 21(\pm2) \units{μeV}$从经典的轴子窗口（热的情况下）的错位机制。然而，这被导致$ f_a \lesssim 3.2^{+4}_{-2} \times 10^{10} \units{GeV}$或$m_a \gtrsim 0.20 ^{+0.2}_{-0.1} \units{meV}$的轴子弦辐射所取代。在此分析中，我们注意精确计算的有效自由度，并填补了文献中的空白，我们提出了准确的拟合公式。我们精确地求解了演化方程，发现迄今为止使用的分析结果通常低估了完整的数值解的2-3倍。在暴胀的情况下，轴子诱导等曲率波动和限制允许的暴胀规模$H_I$。考虑到非调和效应，我们表明，这些界限实际上是弱于以前计算。考虑到在整个人择窗口中的失调角的微调问题，我们导出了新的边界，它打开了$θ_a \to π$附近的暴胀窗口。特别是，我们发现，暴胀暗物质轴子可以有质量高达0.01- 1 $\units{meV}$，覆盖整个热轴子范围，$H_I$值高达$1…
2011-02-13 astro-ph.CO gr-qc
Kaluza-Klein Towers in the Early Universe: Phase Transitions, Relic Abundances, and Applications to Axion Cosmology
我们研究了在质量产生相变存在下的卡鲁扎-克莱因（KK）塔标量场的早期宇宙学，重点是总塔能量密度（或遗迹丰度）的时间发展以及它在不同KK模式中的分布。我们发现，这两个功能是非常敏感的相变的细节，并可以表现在各种方式的后期宇宙学意义。特别是，我们发现，相变和它产生的混合的时间属性之间的相互作用是负责增强和supplantation在后期的丰度，有时由许多数量级。我们绘制出完整的模型参数空间，并确定传统的分析近似是有效的，他们失败。在后一种情况下，我们还提供了新的分析近似，成功地模拟我们的结果。最后，我们将这种机制的例子中的一个类轴子字段的散装，映射这些现象在一个扩大的轴子参数空间，超出了那些可访问的标准治疗。一个重要的副产品，我们的分析是一个替代的“UV为基础的”有效截断KK理论的发展有一些有趣的理论特性，区分它从更传统的“IR为基础的”截断通常用于额外的维文献。
2017-12-11 astro-ph.CO hep-ph
The QCD Axion and Gravitational Waves in light of NANOGrav results
北美纳赫兹天文台的引力波（NANOGrav）合作最近报告了强有力的证据，随机过程影响12.5年的脉冲星定时残差数据集。我们表明，信号可以解释在一个随机的引力波的背景下发出的网络在早期宇宙的轴子弦。Peccei-Quinn对称性的自发破缺产生了轴子弦网络和模型中的暗物质粒子QCD轴子。我们探讨了一个非标准的宇宙学模型驱动的奇异标量场$ϕ$的影响下的自相互作用势的发展，轴子场开始振荡在修改后的宇宙学，并提供了观测到的暗物质。对于状态方程$w_ϕ< 1/3$，QCD轴子质量比标准宇宙学中预期的要小，而来自轴子弦的GW谱要大。我们评估的参数空间的模型是一致的NANOGrav- $12.5\,$年的检测，这可以解释在95%的限制内的QCD轴子场演化的尘埃类的情况下，以及在68%的限制内的宇宙学与$w_ϕ< 0$。
2021-03-24 astro-ph.CO hep-ph
Analogue of Chern-Simons invariant in non-metricity gravity and axion cosmology
本文在非度量引力中提出Chern-Simons不变量的类比赝标量，通过与轴子耦合，解决轴子错位、$S_8$问题，并提出由GUTs相变诱发暴胀的机制。
2025-06-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Holographic cosmology with axion field
本文考虑了一个轴子F（R）引力模型，并利用全息原理描述了空间平坦的Friedmann-Robertson-Walker（FRW）宇宙中粘性暗流体与轴子物质耦合的宇宙学模型。这种描述是基于Nojiri和Odintsov提出的广义红外截止全息暗能量。我们探讨了小裂缝，伪裂缝，和幂律反弹宇宙学模型的粘性暗流体状态的非均匀方程的参数，并计算了红外截止解析。我们从全息的角度给出了暗流体的能量守恒方程，并证明了粘性流体宇宙学与全息宇宙学之间的对应关系。我们分析了自治动力系统。在流体之间没有相互作用的情况下，获得对应于两种情况的解决方案。在第一种情况下，暗能量是失踪和扩展描述的组成部分，暗物质。第二种情况对应于由于暗能量而扩展的宇宙学模型。研究所得溶液的稳定性。对于一类具有特殊相互作用的宇宙学模型，研究了动力系统解的稳定性。
2021-07-05 astro-ph.CO gr-qc hep-th
The post-inflationary cosmology of the VISH$ν$ axion-majoron model
The University of Melbourne（墨尔本大学）；Johannes Gutenburg University（约翰内斯·古腾堡美因茨大学）
VISHν模型通过轴子-主子机制解决标准模型缺陷，精确预测暴胀和轻子生成，并满足自然性条件与暗辐射约束。
2025-12-14 astro-ph.CO hep-ph
An Ultralight Axion in Supersymmetry and Strings and Cosmology at Small Scales
讨论了在超重力和弦中产生质量为$\sim 10^{-21}-10^{-22}$ eV的超轻轴子的动力学机制。这种质量的超轻粒子为暗物质提供了一个候选者，它可能在$10\, {\rm kpc}$或更小的尺度上为宇宙学发挥作用。一个有效的轴子质量算子方法为超轻轴子模型提供了一个一般框架，在一种情况下，将尺度$10^{-21}-10^{-22}$ eV恢复为电弱尺度乘以具有$O(1)$威尔逊系数的层次的平方。我们讨论了几类模型实现这个框架，可以产生必要的大小的超轻轴子。在一类超对称模型中，超轻轴子是由类瞬子效应产生的。在第二类高维运营商涉及耦合的希格斯，标准模型单线态，和轴子领域自然导致超轻轴子。此外，对于所考虑的模型类，超轻尺度和弱尺度之间的层次结构得以维持。我们还讨论了一个超轻的规模内字符串为基础的模型的生成。在这里，它表明，在单模KKLT模稳定计划的超轻轴子将需要一个超低的弱标度。然而，在大体积场景中，轴子尺度和弱尺度之间的期望层次是实现的。本文讨论了弦框架内希格斯场与瞬子耦合的一般分析，并指出实现这种耦合的必要条件是瞬子存在矢量零模。这些模型的一些唯象方面进行了讨论。
2017-03-22 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
String Decomposition and Gravitational Waves in High-quality Axion Gauge Theories
Carleton University（卡尔顿大学）
研究高精度轴子规范理论中轴子弦的分解机制及其通过引力波双平台特征验证的宇宙学意义。
2025-11-26 astro-ph.CO hep-ph
Implications of multi-axion dark matter on structure formation
本文开发精确玻尔兹曼代码，研究冷暗物质与双轴子混合模型的结构增长，提出有效单轴子描述并推广至多轴子，与温暗物质比较，并计算晕质量函数。
2023-06-24 astro-ph.CO gr-qc
Axions and ALPs: a very short introduction
QCD轴子最初被预测为强CP问题的动力学解。类轴子粒子（ALP）也是包括弦论在内的许多高能物理模型的一般预测。对轴子的理论模型进行了综述，给出了一个与标准模型耦合的多轴子作用。这些轴子的耦合和质量可以跨越许多数量级，宇宙学使我们考虑几种不同的轴子群体，它们表现为相干凝聚体或相对论粒子。轻而稳定的轴子是暗物质的主要候选者。评述了轴子宇宙学和遗迹密度的计算。一个非常简短的调查所产生的直接耦合到标准模型的轴子的现象，和他们独特的引力相互作用。
2017-12-08 astro-ph.CO hep-ph hep-th
The Atacama Cosmology Telescope: DR6 Constraints on Isotropic Time-Dependent Cosmic Birefringence from Axion-like Particles
Cornell University（康奈尔大学）；University of California, Riverside（加州大学河滨分校）；Cardiff University（卡迪夫大学）；University of Southern California（南加州大学）；University of Oslo（奥斯陆大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）；NASA/Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）
本研究利用阿塔卡马宇宙学望远镜DR6的CMB偏振数据，搜索类轴子粒子导致的时变宇宙双折射，未发现信号，在随机场假设下给出迄今最强的轴子-光子耦合约束，并开发了适配西蒙斯天文台的分析方法。
2026-10-15 astro-ph.CO
SU(2)$_R$ and its Axion in Cosmology: A common Origin for Inflation, Cold Sterile Neutrinos, and Baryogenesis
我们引入了一个嵌入在SM的左右对称扩展中的轴子膨胀模型，其中$W_R$耦合到轴子。这个模型融合了现代宇宙学的三个里程碑，即，暴胀、冷暗物质和重子不对称。因此，它可以自然地解释宇宙学参数之间观察到的巧合，即，$η_{B}\approx P_ζ$和$Ω_{DM} \simeq 5~Ω_{B}$。不对称性的来源是暴胀物理中的自发CP破坏，最轻的右手中微子是质量为$m_{N_1}\sim 1~GeV$的冷暗物质候选者。引入的机制不依赖于中微子部门的无约束CP违反阶段的大，也没有微调的质量最重的右手中微子。它有两个未知的基本标度，即膨胀标度$Λ_{\rm inf}=\sqrt{HM_{Pl}}$和左右对称破缺标度$Λ_{F}$。充分的物质不对称性需要$Λ_{\rm inf}\approxΛ_{F}$。今天的重子不对称性和暗物质是暴胀中纯粹的量子效应（手征反常）的残余，由于味道效应，宇宙进化记住了它。
2021-06-11 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Axi-Higgs cosmology: Cosmic Microwave Background and cosmological tensions
早期宇宙中希格斯真空期望值（Higgs-VEV）升高的非正则宇宙学被认为是$Λ$ CDM制度内现有紧张局势的解决方案。我们最近提出了一个名为axi-Higgs的理论模型来探索这个框架。axi-Higgs模型的特征在于质量为$m_a \sim 10^{-29}$ eV的超轻轴子，其耦合到Higgs场，使得Higgs-VEV由轴子背景演化驱动。唯象地，axi-Higgs模型等价于$Λ$ CDM+ $m_e$ + $ω_a$，定义为具有电子质量变化和超轻轴子存在的$Λ$ CDM.本文利用Markov Chain Monte Carlo方法研究了axi-Higgs粒子的参数空间，并与$Λ$ CDM、只允许电子质量变化的$Λ$ CDM+ $m_e$和只允许超轻轴子存在的$Λ$ CDM+ $ω_a$进行了比较.结合宇宙微波背景、重子声学振荡、弱透镜宇宙剪切巡天的观测资料，我们发现了$H_0 = 69.4 \pm 1.3$ km/s/Mpc，它使哈勃张力降低到大约$2.4σ$。结合IA型超新星的观测数据和SH 0 ES的哈勃观测数据，我们发现了$H_0 = 71.34 \pm 0.96$ km/s/Mpc。这种Higgs-VEV驱动轴子的存在可能在不久的将来被原子钟和类星体光谱测量所检验。
2022-12-01 astro-ph.CO hep-ph
Round Table on Axions and Axion-like Particles
在这篇文章中，基于XIII夸克禁闭和强子谱禁闭会议的圆桌会议上的讨论，我们回顾了QCD轴子的主要性质，更一般地说，类轴子粒子及其在天体物理学和宇宙学中的相关性。在最后一节中，我们描述了寻找QCD轴子和类轴子粒子（ALP）的实验概念。
2019-03-05 astro-ph.CO hep-ph
Cosmology and Astrophysics of CP-Violating Axions
本文研究具有CP破坏核子Yukawa耦合的ALP，揭示临界核子密度导致的势结构转变，并提出中子星探测与早期宇宙模型构建应用。
2024-08-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Lattice QCD input for axion cosmology
一个有趣的BSM粒子是QCD轴子，它可以同时提供强CP问题的解决方案，并解释宇宙中部分（如果不是全部）暗物质密度。这个粒子是标准模型的Peccei-Quinn（PQ）对称性的pNGB。它的质量和相互作用被一个沉重的对称性破缺标度$f_a$所抑制，其值大致大于$10^{9}$ GeV（或者反过来说，轴子质量$m_a$大致小于$10^4\ μ\text{eV}$）。宇宙中轴子的密度不能超过残余暗物质密度，并且是ADMX等轴子实验中非常感兴趣的量，它是宇宙学演化和轴子质量之间早期宇宙相互作用的结果，作为温度的函数。后一个量与QCD自由能相对于CP破坏相的二阶导数$θ$成比例。然而，这个量一般是非微扰的，以前的计算只采用瞬子模型在高温下的利益（约1 GeV）。在这方面和未来的工作中，我们的目标是计算温度依赖的轴子质量在小$θ$从第一原理晶格计算，控制统计和系统误差。一旦计算出来，这个依赖于温度的轴子质量就是宇宙轴子密度的经典演化方程的输入。由于在所需的非常高的温度下的各种晶格系统的影响，我们执行的领导小$θ$累积量的θ真空的大体积格SU（3）杨米尔斯高统计作为概念的第一个证明，在未来尝试全面的QCD计算之前，计算。从这些纯胶的结果，未对准机制产生的轴子质量绑定$m_a \geq (14.6\pm0.1) \ μ\text{eV}$时，PQ打破后发生膨胀。
2015-05-27 astro-ph.CO hep-lat hep-ph
Relic Neutrinos, thermal axions and cosmology in early 2014
我们提出了最新的宇宙学界限的总和活跃的中微子质量，以及扩展的宇宙学的情况下，额外的热遗物，热轴子或不育中微子物种。我们的分析考虑了2014年初所有现有的宇宙学数据，包括来自重子振荡光谱巡天的最近和最精确的重子声学振荡（BAO）测量。在最小的三个活动中微子的情况下，我们发现在95%CL的组合的CMB，BAO和哈勃空间望远镜的测量的哈勃常数的总和mnu < 0.22 eV。当加入普朗克星系团星表中的sigma_8和Omega_m对星系数计数的约束时，三个活跃中微子质量之和约为0.3 eV的非零值在大于3个标准差时是明显有利的。这种对非零热残余质量的偏好在热轴子和大质量无菌中微子方案中几乎完全消失。额外的轻物质有助于相对论自由度的有效数量，通过Neff参数化。我们发现，当考虑到最近从BICEP 2实验中检测到的B模偏振时，在LCDM+r模型的框架内对组合CMB数据的分析给出Neff= 4.00pm 0.41，表明存在超过95%c.l.的额外相对论遗迹。只有CMB数据。
2014-03-19 astro-ph.CO hep-ph
Double Exponents in $SL(2,\mathbb{Z})$ Cosmology
该研究分析 $SL(2,\mathbb{Z})$ 不变的 $\alpha$-吸引子模型中轴子方向势的双重指数抑制，证明等曲率扰动在暴胀期间不馈入曲率扰动，并探讨暴胀后转移的可能性。
2025-06-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmological limits on axions and axion-like particles
轴子是一种伪南武-戈德斯通玻色子。它出现在Peccei-Quinn对称性自发破缺之后，这是为了解决强CP问题而提出的。在粒子物理学的标准模型的某些扩展中，其他的伪南布-戈德斯通玻色子被称为类轴子粒子（axion-like particles，ALP），如果它们与轴子具有某些特征，特别是与两个光子的耦合。到目前为止，轴子和ALP的搜索都没有成功，这表明它们的耦合非常弱。然而，轴子和ALP可能是天体物理学和宇宙学中一些可观察到的效应的原因，这些效应也可以用来限制这些粒子的参数空间。我们专注于来自宇宙学的限制，这是研究轴子和ALP的最佳领域。特别是，我们首先调查的可能性的原始人口的轴子和ALPs在宇宙的最早时期产生的。这项分析的重要性在于，轴子和ALP是理想的暗物质候选者，因为它们之间微弱的相互作用和独特的产生机制。最后，我们考虑的后果，这样一个人口的衰变对特定的宇宙学观测，即星系的光子谱，宇宙微波背景，中微子物种的有效数量，和原始元素的丰度。我们的边界构成了最严格的探针的早期衰变，并排除了ALP参数空间的一部分，否则很难测试实验。
2012-10-11 astro-ph.CO hep-ph
Axions, Time Varying CP Violation, and Baryogenesis
无论轴子是否是暗物质，我们都推导出轴子宇宙学的两个特征，它们可能具有宇宙学意义：对于允许的轴子质量的整个范围，宇宙轴子背景的演化允许大的CP破坏，直到温度低至$\sim$ 2 GeV，一旦轴子场开始振荡，宇宙学的轴子场弛豫到基态，通过随时间变化的CP破坏，可以简单地提供一个新的偏离热平衡的状态。在这两个周期中，强CP破坏参数$\barθ$可以大到O（1）。
2022-01-06 astro-ph.CO hep-ph
Cosmology of an Axion-Like Majoron
我们提出了一个单线态majoron模型，定义了一个逆跷跷板机制的$ν$部门。主子$ϕ$的质量为$m_ϕ\approx 0.5$ eV，与$τ$轻子的耦合类似于与中微子的耦合。在早期宇宙中，它最初处于热平衡状态，然后在BBN期间以$T\approx 500$ GeV的能量倍增，并仅贡献$ΔN_{\rm eff}=0.026$。在$T=26$ keV（BBN的最后阶段），原初磁场诱导共振$γ\leftrightarrow ϕ$振荡，将6%的光子能量转移到重子中，这意味着$ΔN_{\rm eff}=0.55$和重子光子比增加4.7%。在$T\approx m_ϕ$中，强子与最重的中微子发生热接触，最后在复合附近衰变成$ν\bar ν$对，形成$ΔN_{\rm eff}=0.85$。膨胀率的提高在以后的时间可能会放松哈勃张力（我们得到$H_0=(71.4\pm 0.5)$ km/s/Mpc），而过程$ ν\bar ν\leftrightarrow ϕ$抑制这些粒子的自由流动，使模型与大尺度结构观测一致。它的寿命和它衰变为中微子而不是光子的事实使这种轴子类的majoron避免了影响其他类似质量和光子耦合的轴子类粒子的强边界。
2022-04-05 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Non-equilibrium Quantum Field Theory and Axion Electrodynamics in curved spacetimes
Università degli Studi di Palermo（巴勒莫大学）
本研究通过非平衡量子场论和弯曲时空中的量子场论方法，探讨轴子在宇宙学中的产生、拓扑缺陷以及与标准模型粒子的相互作用。
2025-12-23 astro-ph.CO hep-ph
Chirality of Gravitational Waves in Chern-Simons $f(R)$ Gravity Cosmology
本文将考虑一个轴子Chern-Simons修正的$f(R)$引力理论框架，并研究所产生的原初引力波的手征性。特别地，我们将考虑两个主要的轴子模型，正则未对准轴子模型和动力学轴子模型，这两个模型都提供了一个有趣的粒子唯象学，在膨胀拉格朗日量中存在$R^2$条款。在暴胀时期，轴子对背景演化没有显著影响，暴胀时期完全由$R^2$引力控制。然而，由于陈-西蒙斯项的存在，张量扰动直接受到影响，我们的目的是揭示陈-西蒙斯项对引力波模式的影响程度，对于两种轴子模型。我们的目标是产生分析描述的原始张量模式的行为，因此，我们解析地解决张量模式的演化方程，为近德西特原始演化控制的$R^2$重力。我们着重对超视界和亚视界模式进行了分析研究。对于未对准模型，我们能够产生视界下和视界上模式的解析解，在这种情况下，我们发现了圆偏振函数的行为。我们的结果表明，产生的张量谱是强手征的。然而，对于动力学轴子模型，只得到了超视界模式的解析解。为了掌握张量模的手征性行为，我们研究了超视界模的手征性，但是需要更完整的研究，这是不可能的，虽然分析。
2022-05-15 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Probing New Physics with High-Redshift Quasars: Axions and Non-standard Cosmology
本研究针对高红移类星体哈勃图与ΛCDM模型的3σ偏差，探究新物理解释，发现含星系际介质轴子-光子转换的BSM模型或可缓解偏差，而wCDM等非标准宇宙学模型无法缓解。
2024-09-11 astro-ph.CO 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
Saxion Cosmology for Thermalized Gravitino Dark Matter
在所有的超对称理论中，质量被普朗克尺度抑制的引力子是暗物质的明显候选者;但是如果引力子达到热平衡，这样的暗物质显然要么太丰富，要么太热，被排除在外。然而，在轴子理论中，一个轴子凝聚体是在宇宙历史的早期产生的，它的晚期衰变稀释了暗物质。我们表明，这种稀释允许先前热化的引力子占观察到的暗物质在非常宽的范围内的引力子质量，千电子伏< $m_{3/2}$ < TeV，轴子衰变常数，$10^9$ GeV < $f_a$ < $10^{16}$ GeV，和saxion质量，10兆电子伏< $m_s$ < 100 TeV。这个参数空间上的约束条件进行了研究，从BBN，超对称性破缺，引力子和轴子生产冻结和萨克逊衰变，并从轴子生产错位和参数共振机制。$(m_{3/2}, f_a, m_s)$的大的允许区域仍然存在，但是对于DFSZ和KSVZ理论是不同的。在对撞机上产生的超伴子可能会导致顶点位移和扭结的事件，并且可能包含衰变为$(WW,ZZ,hh), gg, γγ$或一对标准模型费米子的萨克斯子。冻结可能导致引力子暗物质的次主导暖成分，而萨克逊衰变为轴子可能导致暗辐射。
2017-03-28 astro-ph.CO hep-ph
Screened Axio-dilaton Cosmology: Novel Forms of Early Dark Energy
本文研究轴子-胀子模型中需屏蔽的胀子-物质耦合对宇宙学的影响，发现轴子背景能量密度表现为早期暗能量，并证明成功屏蔽可与早期暗能量曾占总密度10%的情形相容，且增强的哈勃摩擦会抑制结构增长。
2025-05-08 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraints on Axion-Lepton coupling from Big Bang Nucleosynthesis
在这篇文章中，我们研究了类轴子粒子（ALP）和轻子之间的耦合对宇宙学，特别是大爆炸核合成（BBN）的影响。我们表明，BBN，通过相对论中微子物种的有效数量的约束，提供了最严格的约束的ALP-电子相互作用强度的质量之间的轴子20千电子伏和1兆电子伏。对于其他的质量值，BBN边界补充了恒星演化和实验室边界。
2020-07-29 astro-ph.CO hep-ph
The Atacama Cosmology Telescope: Probing new signatures of ultralight axions with gravitational lensing
University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；King’s College London（伦敦国王学院）；Imperial College London（帝国理工学院）；Dunlap Institute for Astronomy and Astrophysics, University of Toronto（多伦多大学邓普天文学与天体物理研究所）；Canadian Institute for Theoretical Astrophysics, University of Toronto（多伦多大学加拿大理论天体物理研究所）；Cardiff University（卡迪夫大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；University of Southern California（南加州大学）；Institute for Advanced Study（高等研究院）
利用Planck、ACT和SPT-3G的CMB引力透镜数据，结合模拟校准的非线性成团模型，对质量在10^{-26}至10^{-24.5} eV范围内的超轻轴子给出了最强约束，并发现质量10^{-26} eV的轴子占暗物质比例低于1.5%。
2026-06-04 astro-ph.CO gr-qc
The landscape of QCD axion models
我们回顾了QCD轴子模型的景观。理论建设，扩展窗口的轴子质量和耦合超出常规区域的突出和分类。从宇宙学，天体物理学和实验搜索的界限重新检查和更新。
2022-06-07 astro-ph.CO astro-ph.SR hep-ex
Stochastic Axion Mixing: A General Mechanism Beyond Decay Constant Constraints
Yunnan University（云南大学）；International Centre for Theoretical Physics Asia-Pacific（亚太理论物理中心）
本文提出一种新的轴子混合机制，该机制在多轴子框架下，当所有超轻轴子类粒子质量不同且轻于QCD轴子零温质量时自然发生，不依赖轴子衰变常数相对大小，扩展了传统最大混合场景的应用范围。
2026-04-30 astro-ph.CO 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
Dilution of axion dark radiation by thermal inflation
Peccei-Quinn（PQ）机制中的轴子为解决粒子物理标准模型中的强CP问题提供了一个有希望的解决方案。相干产生的PQ标量场可能主导早期宇宙的能量密度，并衰变为相对论性轴子，这将与当前的暗辐射约束相冲突。我们研究了由$U(1)$规范希格斯场驱动的热膨胀稀释这种轴子的可能性。一个动机良好的额外规范$U(1)$是局部$B-L$对称性。我们还讨论了$U(1)_{B-L}$的情况下，在这样的宇宙学和一个可用的重子生成机制的含义。
2015-08-11 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational wave signatures from reheating in Chern-Simons running-vacuum cosmology
本文将陈-西蒙斯运行真空宇宙学视为有效$f(R)$引力理论，研究轴子驱动的早期物质主导再加热时期产生的诱导引力波信号，发现其高频标度为$f^6$而非广义相对论的$f^7$，并证明在特定轴子参数范围内可被未来引力波观测设施探测到。
2024-11-21 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Can QCD Axions Survive the Cosmological Constant Problem?
University of Sheffield（谢菲尔德大学）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）；McMaster University（麦克马斯特大学）；Dublin Institute for Advanced Studies（都柏林高等研究院）
本文探讨了真空能松弛机制对QCD轴子的影响，发现其真空势被抑制，导致轴子行为改变，可能违反观测约束。
2026-03-20 astro-ph.CO hep-ph hep-th
