CDF W mass anomaly from a dark sector with a Stueckelberg-Higgs portal
我们提出了一个新的W质量测量的CDF合作，这是大于标准模型的预期约7个标准偏差最近报告的解释。为了缓解新的W质量测量对电弱扇区造成的紧张局势，我们在Stueckelberg扩展的标准模型中进行了分析，其中出现了一个新的中性规范玻色子，它通过Stueckelberg质量项和规范不变量Stueckelberg与电弱扇区中的两个中性规范玻色子混合，希格斯门相互作用和破坏保管对称性在树的水平，使W玻色子质量和Z玻色子质量之间的简单关系不成立。我们发现，这样的扩展增加了W玻色子的质量，如果新的规范玻色子的质量大于Z玻色子的质量。我们进一步表明，存在一个显着的部分，在扩展模型的参数空间，其中包括CDF质量异常，是一致的各种观测值在Z极和符合ATLAS双轻子限制。解决CDF W质量异常的Stueckelberg $Z'_{\rm St}$玻色子应该可以在未来的LHC实验中搜索到。
2022-04-29 hep-ex hep-ph
A Stueckelberg Extension of the Standard Model
给出了电-弱相互作用的标准模型通过额外的阿贝尔规范玻色子的一个推广，其中额外的规范玻色子和超荷规范玻色子都以导致Stueckelberg质量项的形式耦合到一个轴标量.该理论导致了一个大规模的Z $'$，其耦合到费米子是唯一确定和抑制小混合角。这样的Z $'$可能具有低质量，并且在$e^+e^-$碰撞中作为尖锐共振出现。分支比成$f\bar f$物种，和向前向后的不对称性被发现有独特的功能。该模型还预测了一个新的电荷单位$e'=Q'e$，其中$Q'$一般是不合理的，在耦合的光子与隐藏的物质是中性的$SU(2)_L\times U(1)_Y$。
2004-03-16 hep-ph hep-th
Dark SU(2) Stueckelberg portal
我们研究了$U(1)_D$ Stueckelberg门户的非阿贝尔$SU(2)_D$扩展，它在标准模型（SM）和暗区（DS）之间起着中介作用。这个入口由Stueckelberg机制指定，用于产生暗规范玻色子质量。提出的$U(1)_D\times SU(2)_D$ Stueckelberg门户与SM物质场有联系，类似于Familon模型。我们推导出暗门玻色子和SM粒子的耦合上的界限，它支配夸克和轻子的对角和非对角味跃迁。
2023-03-08 hep-ph
A viable U(1) extended Standard Model with a massive Z' invoking the Stueckelberg mechanism
在标准模型的U（1）扩展中，额外的Z'玻色子可能从一个Stueckelberg型标量获得质量，我们仔细地重新检验了这种可能性。当考虑到所有理论一致性问题时，该模型包含几个有吸引力的新特征，包括高度的可预测性。
2021-10-23 hep-ph hep-th
Searching for a dark matter coupling to the Standard Model with a Stueckelberg extension
本文研究了标准模型（SM）的双重扩展。第一扩展通过最小耦合引入大量$Z'$玻色子。这个放大的SM通过一个$A'$玻色子通过施图克尔伯格机制耦合到一个暗物质扇区。然而，$A'$玻色子并不直接与SM费米子相互作用。在我们的研究中，我们发现$A'$是一种无质量的类光子粒子。获得了对$Z'$质量的约束和对$Z$质量的修正。
2012-07-27 hep-ph
Ultralight bosons for strong gravity applications from simple Standard Model extensions
我们构建家庭，和具体的例子，简单的标准模型，可以产生超轻的{实或}复杂的矢量或标量与潜在的天体物理学的相关性的扩展。具体来说，这些假定的基本玻色子的质量范围（$\sim 10^{-10}-10^{-20}$ eV）将动态地导致新的非黑洞致密物体（玻色子星）和新的非克尔黑洞，其质量为$\sim M_\odot$到$\sim 10^{10} M_\odot$，对应于天体物理学黑洞候选者的质量范围（从恒星质量到超大质量）。对于每一个模型，我们研究了自发对称性破缺后的质谱和相互作用的性质，讨论了它的理论可行性和警告，以及它的一些潜在的和最相关的现象学意义{连接到}紧凑对象的物理。
2021-12-19 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Extracting ultralight boson properties from boson clouds around post-merger remnants
超轻玻色子是一类假设的粒子，可能解决从宇宙学到天体物理学和基础物理学等领域的关键问题。如果超轻玻色子存在，它们会通过超辐射在旋转的黑洞周围形成云，其大小与它们的粒子康普顿波长相当。超辐射是一种众所周知的经典波放大过程，已经研究了几十年。在这些云形成之后，它们通过超轻玻色子湮灭为引力子而消散并发出连续的引力波。这些引力子可以用地基引力波探测器使用连续波搜索来探测。然而，可以想象其他连续波源模仿来自云的发射，这可能导致错误的检测。在这里，我们研究如何可以使用连续波从云周围形成的已知合并残留物，以减轻这个问题。特别是，我们模拟了合并残余物的目录，在它们周围形成云，并展示了选择“黄金”合并残余物如何可以执行贝叶斯交叉验证的超轻玻色子假设，有可能排除其他解释。我们的概念验证研究表明，在未来，有一种可能性，即合并残留物存在足够接近，我们可以进行分析和测试玻色子假设，如果玻色子存在于相关的质量范围。未来的研究将集中在建立更复杂的连续波工具，在实践中进行这种分析。
2022-09-09 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Methodology for constraining ultralight vector bosons with gravitational wave searches targeting merger remnant black holes
本文提出一种统计稳健框架，在并合遗迹黑洞引力波搜寻未发现超轻矢量玻色子信号时约束其存在，并评估动力学混合与隐希格斯机制对约束能力的影响，表明下一代探测器可探测尚缺约束的参数空间。
2025-03-10 gr-qc hep-ph
Probing Ultralight Bosons with Compact Eccentric Binaries
自旋黑洞通过超辐射过程可以大量产生超轻玻色子，并形成类氢光谱的束缚态。我们表明，这样的“引力原子”通常具有巨大的质量四极杆，并导致显着的轨道进动时，它与第二个紧凑的对象形成一个偏心二进制。动力学形成的黑洞双星或脉冲星-黑洞双星在它们的早期吸气期间是典型的偏心的。我们发现，大的轨道岁差可以在它们的引力波或脉冲星定时信号中产生明显的和可观测的信号。
2021-07-27 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Astrophysical aspects of milli-charged dark matter in a Higgs-Stueckelberg model
本文研究了标准模型的一个扩展，其中引入了两个新的矢量玻色子，第一个玻色子$Z'$通过通常的最小耦合耦合到标准模型，在标准模型中产生一个扩大的规范扇区。第二个玻色子$A'$场，在模型的暗区，保持无质量，并产生一个暗光子$γ'$。一个混合的混合方案被认为是基于一个组合的希格斯和Stueckelberg机制。在类康普顿过程中，被WIMP散射的光子被转换成暗光子。在天体物理学的应用中，研究了这一过程，估计了白矮星和中子星对恒星冷却的影响。
2015-03-04 hep-ph
Self-Gravity Effects of Ultralight Boson Clouds Formed by Black Hole Superradiance
该研究利用完全广义相对论轴对称解分析黑洞超辐射形成的标量与矢量超轻玻色子云自引力，修正频率演化与superrad波形，并揭示其对ISCO和光环的影响。
2025-03-12 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Constraints on the ultralight scalar boson from Advanced LIGO and Advanced Virgo's first three observing runs using the stochastic gravitational-wave background
超轻玻色子是有希望的暗物质候选者，可以触发旋转黑洞（BH）的超辐射不稳定性，导致BH周围长时间旋转的“玻色子云”，并通过单色引力波（GW）的发射耗散它们的能量。我们专注于标量玻色子最低限度地耦合到孤立的恒星起源BH（SBH）和他们的二元合并残留物，并进行贝叶斯数据分析，以搜索随机GW背景的所有不稳定模式，可以触发超辐射不稳定性使用先进LIGO和先进处女座的前三次观测运行的数据。我们没有发现这样的信号的证据，因此排除了标量玻色子的质量范围内的$[1.5, 16]\times10^{-13}$ eV，$[1.9, 8.3]\times10^{-13}$ eV和$[1.3, 17]\times10^{-13}$ eV在$95\%$置信水平的孤立SBH具有均匀的无量纲自旋分布在$[0,1]$，$[0,0.5]$和$[0.5,1]$，分别。
2022-07-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
On the Interaction between Ultralight Bosons and Quantum-Corrected Black Holes
本文通过求解Teukolsky方程，研究超轻标量暗物质场在具有反射边界条件的奇异致密天体周围的超辐射不稳定性，发现反射系数在$M\mu\gtrsim 0.5$时显著影响引力波能量通量，表明其在近地平线物理中的重要性。
2023-01-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
How Stueckelberg Extends the Standard Model and the MSSM
阿贝尔矢量玻色子可以通过希格斯标量场的凝聚，在不发生自发对称性破缺的情况下，通过Stueckelberg机制获得质量。这在从弦论和超引力导出的模型中显得非常自然。这种类型的最简单的情况包括标准模型（SM）或最小超对称标准模型（MSSM）的扩展，通过一个额外的U（1）_X规范群与Stueckelberg型耦合。对于SM，物理谱仅由一个大质量中性规范玻色子Z'扩展，而MSSM的扩展包含一个CP偶中性标量和两个额外的中性伴子。新的规范玻色子Z'与其他具有U（1）'扩展的模型相比可以非常轻。在MSSM的施托克伯格扩展的新特征中，最引人注目的是一种新的最轻超对称粒子（LSP）chi_{St} ^0的可能性，它主要由施托克伯格费米子组成。在这种情况下，MSSM chi_1^0的LSP是不稳定的，并衰减为chi_{St} ^0。这种衰变改变了超对称性的特征，并对在加速器实验中寻找超对称性产生了影响。此外，由于R宇称不变性，chi_{St} ^0是暗物质的新候选者。
2004-11-30 hep-ph
Dark Matter-Independent Orbital Decay Bounds on Ultralight Bosons from OJ287
利用OJ287超大质量黑洞双星，首次设定了与暗物质无关的超轻玻色子质量动力学约束，并提出超辐射动力学可解决黑洞演化停滞问题并在引力波背景留下可测信号。
2025-08-13 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Hidden Fermion in Stueckelberg Z' Models as Milli-charged Dark Matter
隐藏的StueckelbergZ '模型被一对Dirac费米子增广。如果Z'的耦合强度与弱尺度耦合相当，那么我们就可以证明，这个隐藏的费米子-反费米子对可能是一个带有毫电荷的暗物质候选者，具有可行的残余密度。单色光子通量来自银河系中心，由于对这些毫荷电粒子的湮灭计算，并被证明是在下一代伽马射线实验的范围内。这一理论努力的特征对撞机签名是，如果运动学允许的话，施图克尔伯格Z'玻色子有一个巨大的不可见的宽度，衰变为隐藏的费米子-反费米子对。研究了这种Z'玻色子在LHC和ILC上的单独产生。
2007-10-15 hep-ph
Constraints on ultralight axions, vector gauge bosons, and unparticles from geodetic and frame-dragging measurements
大地测量和坐标系拖曳效应是地球附近时空曲率的直接结果，可以从重力探测器B（GP-B）卫星进行探测。卫星的结果与爱因斯坦的广义相对论结果相当吻合。测量地球附近时空曲率的卫星陀螺仪含有大量的电子和核子。超轻轴子、矢量规范玻色子和非粒子可以通过不同的自旋相关和自旋无关算符与这些电子和核子相互作用，并改变陀螺仪的漂移率。这些超轻粒子中的一些可以表现为一些黑暗扇区或地球与陀螺仪之间的长距离力，或者它们可以表现为背景振荡的暗物质场，或者两者兼而有之。这些超轻粒子可以为陀螺仪提供额外的进动，限制在不大于GP-B测量的不确定性。通过与实验结果的比较，得到了不同算子耦合的上界。
2022-11-06 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Sensitivity of Space-based Gravitational-Wave Interferometers to Ultralight Bosonic Fields and Dark Matter
本研究针对超轻玻色场这一暗物质候选体，利用时延干涉测量技术分析LISA、Taiji、TianQin等规划中天基引力波干涉仪的探测灵敏度，推导传递函数并给出其对超轻玻色场与标准模型粒子耦合的约束能力。
2023-07-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Evolution of black hole shadow in the presence of ultralight bosons
克尔黑洞与量子化玻色子场的耦合显示出一种特殊的霍金效应，受超辐射条件的支配。这导致玻色子云通过自发产生而快速增长，从而导致黑洞的减速，并且可以检测到黑洞阴影的增长。这可以发展成为一种搜索或限制超轻玻色子存在的技术。我们研究了自旋为0的玻色子在黑洞阴影中的这一现象，详细分析了Sgr $A^*$，并对演化时间尺度和随后的黑洞阴影特征变化进行了估计.我们的研究表明，有一个小窗口的参数，其中超大质量黑洞的阴影的增加可能是可见的，但只有当测量的灵敏度从目前的25 $μ$增加到约0.1 $μ$作为。
2020-02-26 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Phenomenology of ultralight bosons around compact objects: in-medium suppression
本文研究等离子体介质对超轻玻色子与光子转换的抑制效应，发现高密度等离子体可显著降低甚至完全抑制转换率，并探讨其对黑洞超辐射和观测信号的影响。
2024-09-30 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Hidden Sector Dirac Dark Matter, Stueckelberg Z' Model and the CDMS and XENON Experiments
对于StueckelbergZ '模型中的毫荷Dirac暗物质，讨论了暗物质与中性规范玻色子的矢量耦合对直接探测中自旋无关散射截面的贡献.我们还计算了费米子暗物质粒子与标准模型希格斯玻色子之间通过Z和/或Z'玻色子三角环产生的有效耦合，这可能对量子水平上的自旋无关散射截面有贡献。我们发现，后者的贡献是一致的，最近的实验限制CDMS II和XENON 100。在暗物质粒子携带O（10^{-3}e）量级的毫电荷的情况下，我们发现它在到达探测器之前会通过与大气中的核子碰撞而失去所有的动能。虽然我们用StueckelbergZ '模型作了说明，但所得结果是相当一般的，也适用于其它Z-Z'门型隐扇区模型。
2010-12-24 hep-ph
The Stueckelberg Mechanism in the presence of Physical Scalar Resonances
我们表明，它是可能的，以适应物理标量共振在一个最小的非线性实现的电弱理论的方式兼容的自然的Hopf代数选择标准（弱功率计数）和相关的功能身份的模型（本地功能方程，Slavnov-Taylor身份，鬼方程，b-方程）。用BRST技术研究了该理论的超越标准模型部分。存在一个质量产生机制la Stückelberg允许两个质量不变量的规范玻色子部门。相应的t Hooft规范固定是通过尊重理论的所有对称性来构造的。该模型介于希格斯粒子和纯粹的施托克伯格假设之间。尽管存在的物理标量共振，我们表明，树级违反幺正性的纵向极化带电规范玻色子的散射发生在足够高的能量，如果一小部分的质量产生的Stückelberg机制。研究了LHC 7 -8数据后物理有利极限的形式性质，其中BSM效应很小，规范玻色子扇区的保管对称性受到尊重。
2013-07-09 hep-ph hep-th
Dark Matter phenomenology of intersecting D6-branes with a Stueckelberg portal
我们讨论了一个Stueckelberg门户网站连接标准模型和暗物质部门的可能性。负责这个入口的粒子是最轻的Z'玻色子，它引起了违反同位旋的相互作用。这一性质为直接探测和对撞机实验提供了丰富的唯象，可以约束这类模型的参数空间，并可以在未来进行检验。
2015-10-12 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Vortex Lines in Ultralight Bosonic Dark Matter around Rotating Supermassive Black Holes
本文研究旋转超大质量黑洞如何影响超轻玻色暗物质中涡旋线的稳定性与动力学，并分析暗物质和黑洞引力对涡旋线进动等物理性质的作用。
2025-02-03 astro-ph.GA hep-ph
Bounds on ultralight bosons from the Event Horizon Telescope observation of Sgr A$^*$
该研究利用 EHT 测得 Sgr A$^*$ 非零自旋的结果，通过黑洞超辐射约束纯引力超轻玻色子质量，并限制自相互作用轴子衰变常数的新参数区域。
2024-09-08 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
An Explanation of the CDF Dijet Anomaly within a $U(1)_X$ Stueckelberg Extension
我们讨论了最近的CDF合作在与$W$玻色子产生的二喷流不变质量分布中看到的过剩。我们分析了这种信号的可能性的上下文中的$U(1)_X$ Stueckelberg扩展的标准模型的新规范玻色子耦合只夸克。除了分析$Wjj$异常外，我们还讨论了Tevatron中$Zjj$和$γjj$的产生。然后将分析扩展到大型强子对撞机与$\sqrt{s}=7 {\rm TeV}$和预测的dijet信号。
2011-06-14 hep-ex hep-ph
Ultralight boson constraints from gravitational wave observations of spinning binary black holes
The Australian National University（澳大利亚国立大学）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）；Princeton University（普林斯顿大学）
通过引力波观测二进制黑洞自旋测量，约束超轻标量和矢量玻色子的质量范围，排除部分参数并映射到轴子和暗光子模型。
2026-01-06 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Probing Ultralight Bosons with Binary Black Holes
本文研究了双螺旋中黑洞周围超轻玻色子云的引力波特征。这些云，这是通过快速旋转BH的超辐射不稳定性形成的，在BH质量和自旋的人口，和连续的单色GW信号产生不同的效果。我们发现，一个二进制同伴的存在大大丰富了系统的动力学演化，最显着的是通过存在的共振跃迁之间的增长和衰减模式的云（类似于拉比振荡在原子物理学）。这些共振对当前和未来的GW探测器具有丰富的现象学意义。值得注意的是，来自云的GW信号的幅度可能会降低，并且在许多情况下，在二元合并之前很久就终止了。玻色子云的存在也可以通过有限尺寸效应的印记，如自旋诱导多极矩和潮汐勒夫数，在双星的GW信号中揭示出来。在共振期间云的能量密度的时间依赖性导致有限尺寸项对波形的贡献中的尖锐特征或至少衰减。对这些效应的观测将通过精确的GW数据来限制假定的超轻玻色子的性质，从而提供超越标准模型的新的物理探测。
2018-08-10 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Exploring the viability of pseudo Nambu-Goldstone boson as ultralight dark matter in a mass range relevant for strong gravity applications
本研究提出一种标准模型扩展，以超轻伪南布-戈德斯通玻色子为暗物质候选，探讨其在暴胀前后产生及拓扑缺陷衰变产生的引力波信号，为强引力应用提供可检验模型。
2023-05-19 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
R-parity Conservation via the Stueckelberg Mechanism: LHC and Dark Matter Signals
研究了超对称性中R宇称守恒与B-L矢量规范玻色子质量产生的Stueckelberg机制之间的联系。结果表明，在高标度下，利用一族sfermion软项的普适边界条件和理论中存在的B-L规范玻色子产生质量的Stueckelberg机制，电荷守恒保证了最小B-L扩展超对称标准模型中R宇称的守恒.我们还讨论了非极小扩张。这包括规范对称性随额外的U（1）_{B-L} x U（1）_X而出现的扩展，其中U（1）_X是一个隐藏的扇形规范群。在这种情况下，额外U（1）_X的存在允许具有B-L相互作用的Z'规范玻色子质量位于亚TeV区域，克服了多TeV LEP约束。分析了模型在对撞机和暗物质实验中可能的检验，包括低质量Z'共振信号和自旋零玻色子的产生及其衰变为双光子的信号。在这个模型中，出现了两种类型的暗物质候选者，它们是Majorana粒子和Dirac粒子。预测的可能同时观察到新的物理事件在暗物质实验和大型强子对撞机。
2011-09-27 hep-ph
Stochastic and resolvable gravitational waves from ultralight bosons
旋转黑洞周围的超轻标量场可以引发超辐射不稳定性，在视界外形成长寿的玻色子凝聚体。我们使用数值解的扰动场方程和天体物理模型的大规模和恒星质量的黑洞人口计算，第一次，随机引力波背景从这些来源。在乐观的情况下，先进的LIGO和LISA观测到的背景场质量$m_s$的范围$\sim [2\times 10^{-13}, 10^{-12}]\,{\rm eV}$和$\sim 5\times[ 10^{-19}, 10^{-16}]\,{\rm eV}$，分别，它可以影响可分辨源的可探测性。我们的估计表明，对LIGO O1的随机背景限制的分析可能已经被用来勉强排除质量为$\sim 10^{-12.5}{\rm eV}$的轴子。使用高级LIGO（LISA）的半相干搜索应该检测标量场质量$3\times 10^{-13}$（$10^{-17}$）eV的$\sim 15~(5)$到$200~(40)$可分辨源。大质量BH自旋的激光束散射测量可以排除$\sim [10^{-18}, 2\times 10^{-13}]$ eV范围内的玻色子，也可以在$\sim[10^{-17}, 10^{-13}]$ eV范围内以10%的精度测量$m_s$。
2017-10-04 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Searching for ultralight bosons with Josephson junction interferometry
Institute for Particle Physics Phenomenology (IPPP), Department of Physics, Durham University（达勒姆大学粒子物理现象学研究所）
本文提出利用约瑟夫森结干涉仪探测超轻玻色子与宏观物体的相互作用，通过高精度电流测量探测相位变化，探索新力在厘米至微米尺度的耦合。
2026-10-21 hep-ph physics.atom-ph
Ultralight scalars and invisible gravitons
CERN（欧洲核子研究组织）；INFN, section of Milan-Bicocca（意大利国家核物理研究所米兰-比可卡分部）
该研究探讨超轻玻色子相关非绝热模式与后暴胀膨胀率的关系，指出超轻玻色子的存在排除膨胀快于辐射的长阶段，轻核合成及高频 relic 引力子谱为超轻标量质量范围等提供约束。
2026-10-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Secluded and Putative Flipped Dark Matter and Stueckelberg Extensions of the Standard Model
在这里，我们考虑三个暗物质模型的规范对称性的标准模型加上一个额外的本地$U(1)_D$因素。一个模型是真正的隐蔽和其他两个模型开始翻转，但最终隐蔽。所有这些模型都包括一个暗费米子和一个通过施图克尔伯格机制获得质量的矢量玻色子。我们发现，将被翻转的模型提供了一个例子暗物质组成的“几乎最小相互作用粒子”（ALIPs）。因此，这种粒子与从实验室测量和天体物理观测中获得的约束是相容的。
2018-02-16 astro-ph.HE hep-ph hep-th
Hidden fermion as milli-charged dark matter in Stueckelberg Z' model
我们通过在隐扇区中引入一对狄拉克费米子来增强隐Stueckelberg $Z'$模型，其中$Z'$具有与弱尺度耦合相当的耦合强度.我们表明，这个隐藏的费米子反费米子对可能是一个毫荷电的暗物质候选人与可行的遗迹密度。现有的地面和天体物理学对毫荷电粒子的研究并没有对这种隐藏的费米子施加严格的限制。我们计算的流量单色光子来自银河系中心，由于对这些毫荷电粒子的湮灭，并表明它是在下一代$γ$射线实验的范围内。这种理论努力的特征是，施图克尔伯格$Z'$玻色子有一个巨大的不可见的宽度，衰减成隐藏的费米子-反费米子对。我们发现，现有的Drell-Yan数据还没有约束这个模型。探讨了在LHC和ILC中单独产生这种$Z'$玻色子的各种途径。
2007-05-28 hep-ph
Constraints on ultralight scalar bosons within black hole spin measurements from LIGO-Virgo's GWTC-2
如果黑洞的半径与玻色子的波长相当，那么在快速旋转的黑洞周围就可以形成超轻玻色子云--比如轴子。星云迅速从黑洞中提取角动量，并将其减少到一个特征值，该值取决于玻色子的质量以及黑洞的质量和自旋。因此，对黑洞质量和自旋的测量可以用来揭示或排除这种玻色子的存在。利用LIGO和Virgo在GWTC-2中释放的黑洞，我们同时测量了黑洞形成时的自旋分布和标量玻色子的质量。我们发现，数据强烈反对的存在的标量玻色子之间的$1.3\times10^{-13}~\mathrm{eV}$和$2.7\times10^{-13}~\mathrm{eV}$的衰变常数$f_a\gtrsim 10^{14}~\mathrm{GeV}$的质量范围。统计证据主要是由两个{二元黑洞}系统GW 190412和GW 190517驱动的，它们拥有快速旋转的黑洞。如果这两个系统在黑洞形成后不久（$\sim 10^5$年）合并，那么排除玻色子的区域就会缩小。
2021-04-17 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Methods and prospects for gravitational wave searches targeting ultralight vector boson clouds around known black holes
本文提出基于隐马尔可夫模型的长持续时间信号跟踪方法，用于探测旋转黑洞周围超轻矢量玻色子云产生的引力波，并证明当前探测器可探测质量≥60太阳质量、自旋≥0.6的黑洞矢量云，光度距离达1 Gpc。
2023-08-11 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Lepton Flavor-Violating Higgs Decays Mediated by Ultralight Gauge Boson
本研究分析超轻规范玻色子介导的希格斯轻子味破缺衰变，通过匹配树图阶味破缺相互作用模型与有效场论，结合CMS和ATLAS实验数据间接给出非标准衰变的上限，并研究了多种相关可观测量。
2024-12-13 hep-ph
Multiband gravitational-wave searches for ultralight bosons
引力波可能是由超轻玻色子产生的少数直接观测值之一，超轻玻色子是受约束的暗物质候选者，可能是粒子理论、高能物理学和宇宙学中几个问题的关键。这些类轴子粒子可以自发地在天体物理学黑洞周围形成“云”，导致连续引力波的强发射，可以被地面和太空中的仪器检测到。尽管已经对这种情况进行了彻底的研究，但尚未认识到这两种类型的检测器可以串联使用（称为“多带”的实践）。在本文中，我们表明，未来的引力波探测器在地面和空间将能够一起工作，以检测质量为$25 \lesssim μ/\left(10^{-15}\, \mathrm{eV}\right)\lesssim 500$的超轻玻色子。在探测双星黑洞吸入时，LISA空间任务将提供关键信息，使未来的地面探测器，如宇宙探测器或爱因斯坦望远镜，能够搜索观测到的双星中单个黑洞周围玻色子云的信号。我们制定了检测策略，并专注于标量玻色子，图表合适的参数空间。我们研究了对系统历史的无知的影响，包括云的年龄和黑洞旋转。我们还考虑了潮汐共振，可能会破坏玻色子云之前，其引力信号变得可检测的地面后续行动。最后，我们将展示如何考虑所有这些因素，以及LISA测量中的不确定性，以获得玻色子质量的限制，从地面观测LISA促进。
2020-10-27 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Gravitational wave signatures of ultralight vector bosons from black hole superradiance
在超轻玻色子场的存在下，旋转的黑洞对超辐射是不稳定的。黑洞的旋转能量被转换成非轴对称的、振荡的玻色子云，它通过发射几乎单色的引力辐射而消散。因此，地面或空间探测器的引力波观测可以用来探测与标准模型弱耦合的暗粒子的存在。在这项工作中，我们专注于大量的矢量玻色子，通过超辐射增长得更快，并产生显着更强的引力波相比，标量的情况下。我们使用黑洞微扰理论的技术来计算不同玻色子质量和黑洞质量和自旋的参数空间的相对论正确的引力波信号。这填补了文献中平空间近似和时域计算之间的空白，平空间近似在非相对论极限下低估了引力波振幅，在相对论范围内高估了它，时域计算只覆盖了参数空间的有限部分。我们还确定泛音超辐射不稳定模式将增长速度比较低频率的基本模式的参数范围。这种情况下将产生一个独特的引力波信号，由于拍的同时填充模式，我们计算。
2020-01-07 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Signatures of Ultralight Bosons in Compact Binary Inspiral and Outspiral
本研究考虑动力学摩擦与云质量消耗，分析了包含处于自旋0、1、2超辐射态的引力原子双星系统轨道动力学，发现质量消耗主导旋远阶段，并探讨了黑洞-脉冲星双星中云的探测条件。
2024-01-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Signatures of ultralight bosons in the orbital eccentricity of binary black holes
本研究发现双黑洞周围的超轻玻色子云会在轨道偏心率上留下可观测特征，特定质量区间的新粒子可通过未来引力波探测器的偏心率测量验证，为超轻玻色子探测提供了新途径。
2024-09-17 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
No-scale Brans-Dicke Gravity -- ultralight scalar boson & heavy inflaton
The University of Tokyo（东京大学）；Kavli IPMU (WPI), UTIAS, The University of Tokyo（东京大学 Kavli宇宙起源研究中心）；KEK（高能加速器研究机构）；Graduate University for Advanced Studies (Sokendai)（综合研究大学院大学）；Tsung-Dao Lee Institute & School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院 紫江研究院）
该研究提出无尺度布兰-迪克引力理论，通过引入R²项和非最小耦合，实现重暴涨子场，解释暗辐射并支持轻子生成。
2026-02-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Subhalo Mass Function and Ultralight Bosonic Dark Matter
暖暗物质最近越来越受到观测推论的限制，这些推论是关于次晕质量函数的低质量端，这将被早期宇宙中的暗物质自由流动所抑制。在这项工作中，我们指出，基于类似的考虑，可以对超轻玻色子暗物质（通常称为“模糊暗物质”）施加约束。最近的限制温暖的暗物质从强引力透镜的类星体和波动的恒星流分别转化为一个下限$\sim 2.1 \times 10^{-21}$ eV的超轻玻色子组成的所有暗物质的质量。这些限制是对莱曼- $α$森林中超轻暗物质的限制的补充，并且受到一组完全不同的假设和系统不确定性的影响。总之，这些探测器强烈表明，具有质量$\sim 10^{-22}$ eV的暗物质不是一种可行的方法来调和冷暗物质模拟和小尺度结构观测之间的差异。
2020-07-16 astro-ph.CO hep-ph
Enhancing the sensitivity to ultralight bosonic dark matter using signal correlations
针对超轻玻色子暗物质信号相干时间长导致探测分段困难的问题，提出一种相干信噪比探测统计量，能从任意时长分段提取信号，实现独立于分段时长的灵敏度并超越传统非相干求和法。
2025-03-06 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Tidal deformability of dressed black holes and tests of ultralight bosons in extended mass ranges
紧致天体在潮汐扰动下的变形性被编码在潮汐勒夫数（TLN）中，对于真空中的孤立黑洞，TLN消失。我们证明了被物质场包围的黑洞的TLN并不消失，可以用来探测双黑洞周围的环境。特别是，我们计算TLN的情况下，黑洞周围的标量凝聚体的存在下的标量和矢量潮汐扰动，发现一个强大的幂律行为的TLN的质量的标量场。使用这一结果作为引力潮汐扰动的代理，我们表明，未来的引力波探测器，如爱因斯坦望远镜和LISA可以对超轻玻色子的质量施加严格的约束，这些玻色子由于吸积或超辐射而在黑洞周围凝结。有趣的是，LISA可以测量从恒星质量（$\approx 10^2 M_\odot$）到超大质量（$\approx 10^7 M_\odot$）物体范围内的修饰黑洞的潮汐变形能力，提供$(10^{-17} - 10^{-13}) \, {\rm eV}$范围内超轻玻色子质量的测量，精度低于$10\%$，从而填补了来自地面和空间干涉仪的其他超辐射驱动约束之间的空白。总而言之，LISA和爱因斯坦望远镜可以探测组合质量范围为$(10^{-17} - 10^{-11}) \, {\rm eV}$的装扮黑洞的潮汐效应。
2021-08-17 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Probing Ultralight Tensor Dark Matter with the Stochastic Gravitational-Wave Background from Advanced LIGO and Virgo's First Three Observing Runs
本文利用LIGO/Virgo前三次运行数据搜索超轻张量场产生的随机引力波背景，未发现信号，并在95%置信水平排除了质量在4.0×10^-14至2.0×10^-12 eV的张量玻色子。
2023-12-27 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Dirac dark matter in $U(1)_{B-L}$ with Stueckelberg mechanism
本文研究了标准模型的$U(1)_{B-L}$规范推广，其中规范玻色子质量由Stueckelberg机制产生.三个右手中微子的加入抵消了规范反常，从而解释了中微子质量。一个新的狄拉克费米子可能是一个WIMP暗物质，它与SM扇区的相互作用是由新的规范玻色子介导的。假设规范耦合的微扰性达到普朗克尺度，我们发现只有共振区对暗物质丰度是可行的。在应用当前普朗克实验的$ΔN_{eff}$约束、对撞机搜索约束以及暗物质的直接探测极限之后，我们观察到暗物质的$B-L$电荷满足$|Q_χ|>0.11$。假设右手中微子在早期宇宙中与SM扇区一起热化，这样的场景可能会被计划中的CMB-S4实验所最终探测。
2020-01-13 hep-ph
Ultralight Bosons Explain the Mass-Spin Correlations in the Merging Binary Black Hole Population
School of Physics and Astronomy, University of Minnesota（明尼苏达大学物理与天文学院）；School of Physics, Anhui University（安徽大学物理学院）
本研究提出基于超辐射的自旋分布模型，结合GWTCs引力波数据，发现质量约10^-12 eV的标量玻色子可解释双黑洞质量-自旋关联，贝叶斯因子达ln B≈7.8，为超轻玻色子存在提供支持。
2026-09-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Ultralight particle creation during fresh inflation
我研究的超轻粒子的创造，成为从汤川之间的相互作用的暴胀和热浴在新鲜的通货膨胀。粒子的产生在新膨胀的第一阶段很重要，这时非平衡热效应很重要。我发现超轻粒子的数量密度随着比例因子增长率的增大而变得更加重要（即，对于$p$大号-- $a \sim t^p$）。在新的暴胀过程中产生的超轻玻色子场可能是宇宙学常数的另一种机制，可以解释观测到的$Ω_m \simeq 0.2$和暴胀模型预测的$Ω_{tot} \simeq 1$之间的差异。
2002-08-23 gr-qc hep-ph
Systematic Uncertainties in Ultralight Boson Constraints from Superradiance
The Australian National University（澳大利亚国立大学）
本文综述黑洞超辐射得到的极轻玻色子的电磁与引力波约束，强调其假设与系统不确定性，指出二者在 $10^{-13}$-$10^{-12}$ eV 质量区的重叠覆盖为模型验证提供互补视角。
2026-10-09 astro-ph.HE hep-ph
Gravitational wave searches for ultralight bosons with LIGO and LISA
超轻玻色子可以在旋转的黑洞中引发超辐射不稳定性，利用它们的旋转能量来触发玻色子凝聚体的生长。这些玻色子云可能的观测印记包括：（i）直接探测到凝聚体发射的近单色（可分辨或随机）引力波，以及（ii）在天体物理学黑洞的自旋与质量平面（有时也称为“Regge平面”）的大自旋处形成“洞”的统计学显著证据。在这项工作中，我们专注于LISA和LIGO检测或约束标量范围内的质量$m_s\in [10^{-19},\,10^{-15}]$ eV和$m_s\in [10^{-14},\,10^{-11}]$ eV，分别的前景。使用天体物理模型的黑洞人口校准的观测和黑洞微扰理论计算的引力辐射，我们发现，在乐观的情况下，LIGO可以观察到一个随机背景的引力辐射的范围$m_s\in [2\times 10^{-13}, 10^{-12}]$ eV，并高达$10^4$可分辨的事件在$4$年的搜索，如果$m_s\sim 3\times 10^{-13}\,{\rm eV}$。LISA可以观察到玻色子质量在$m_s\in [5\times 10^{-19}, 5\times 10^{-16}]$范围内的随机背景，如果是$m_s\sim 10^{-17}\,{\rm eV}$，则可以在$4$年搜索中观察到$\sim 10^3$可分辨事件。LISA可以进一步测量黑洞双星的自旋，其组件质量在$[10^3, 10^7]~…
2017-10-04 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
The response of ultralight dark matter to supermassive black holes and binaries
标量场可以产生受限结构，如玻色子星或Q球。这些天体是有趣的假想的新“暗物质星”，但也很好地描述了超轻场时的暗物质晕。在这里，我们研究的动力学响应时，在其附近的外部物质（恒星，行星或黑洞）激发的这种限制玻色子结构。这样的微扰既可以是穿过玻色子组态的，也可以只是作为周期源。我们的设置也可以有效地描述一个大质量的黑洞和周围环境之间的相互作用，不久后，大质量的身体已经经历了“踢”，由于重子物质在银河系中心的崩溃。它还描绘了暗物质耗尽作为一个反应的光环内的螺旋双星。我们计算总能量损失，以及在这些过程中辐射的线动量和角动量，并进行第一次自洽计算的动态摩擦作用在这些背景下的移动物体。我们证明了牛顿玻色子星（NBS）中心的引力坍缩为超大质量黑洞伴随着周围核心的微小变化。NBS最终会被吸积，但只有在比哈勃尺度的天体物理参数大的时候。恒星或超大质量双星能够“搅动”并从NBS中排出标量。对于在LIGO或LISA波段的二进制，接近合并，标量发射影响波形在领先的$-6$ PN阶相对于占主导地位的四极项;系数太小，允许检测下一代干涉仪。我们的研究结果提供了黑洞或恒星与它们所处的超轻暗物质环境之间相互作用的完整图景。
2020-08-31 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Probing ultralight bosons with LISA observations of spinning black hole mergers and follow-up searches of merger remnants
Perimeter Institute for Theoretical Physics（Perimeter理论物理研究所）；University of Waterloo（滑铁卢大学）；Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理学研究所（爱因斯坦研究所））
本研究基于LISA观测大质量黑洞双体并合及后续遗迹搜索，通过黑洞自旋测量和引力波搜索，预测了标量与矢量超轻玻色子的质量限制及探测概率，为超轻玻色子的探测提供了前景。
2026-08-11 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
