From Axion Detection to Dark Matter Astronomy
Seoul National University（首尔大学）；University of California Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）
该研究提出用haloscope网络结合干涉相位等技术，测量轴子子结构参数以检验轴子产生场景，扩展探测范围至微团等天体，推动轴子探测向暗物质天文学发展。
2026-10-16 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
The Canfranc Axion Detection Experiment (CADEx): Search for axions at 90 GHz with Kinetic Inductance Detectors
我们提出了一个新的实验，Canfranc轴子探测实验（CADEx），探测暗物质轴子的质量范围为330-460 $μ$ eV，在W波段（80-110 GHz），一个未探索的参数空间中的动机良好的暗物质窗口的量子色动学（QCD）轴子。实验设计包括一个微波谐振腔haloscope在一个高静态磁场耦合到一个高灵敏度的检测系统的基础上动态电感检测器通过优化的准光学（喇叭和镜子）。该实验正在筹备中，将安装在Canfranc地下实验室的稀释冰箱中。用CADEx探测轴子的灵敏度预测，连同潜在的实验寻找暗光子，提出。
2022-06-07 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Expected Sensitivity to Galactic/Solar Axions and Bosonic Super-WIMPs based on the Axio-electric Effect in Liquid Xenon Dark Matter Detectors
我们提出了系统的案例研究，以调查的灵敏度轴子搜索液体氙探测器，使用轴电效应（类似的光电效应）对氙原子。液态氙被广泛认为是利用核反冲探测WIMP（可能形成银河系暗物质的弱相互作用大质量粒子）的最佳目标介质之一。由于这些探测器还为电子反冲提供了极低的放射性环境，因此也可以探测到相互作用非常弱的低质量粒子（< 100 keV/c^2），例如假设的轴子--在这种情况下使用轴电效应。未来的吨级液体中微子探测器的灵敏度将仅受质量范围在1至100 keV/c^2之间的不可约中微子背景（pp链太阳中微子和136中微子的双β衰变）的限制。假设辐射量为1吨-年，如果轴-电耦合g_A e在1 keV/c^2时大于10^-14（或在100 keV/c^2时大于10 ^-13），那么星系轴子（作为非相对论性的暗物质）就可以被探测到。在几keV/c^2以下，并且与质量无关，太阳轴子的搜索对耦合g_Ae ~ 10^-12很敏感。这个极限将为DFSV和KSVZ模型设定一个严格的轴子质量上限，其质量范围分别为m_A < 0.1 eV/c^2和< 10 eV/c^2。当耦合常数α '/α> 10^-33（质量为1 keV/c^2）或> 10^-27（质量为100 keV/c^2）时，也可以探测到矢量玻色子暗物质。
2013-01-23 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
Theoretical Estimate of the Sensitivity of the CUORE Detector to Solar Axions
本文计算了CUORE探测器对太阳中通过Primakoff过程产生的轴子和通过逆相干Bragg-Primakoff过程探测到的轴子的潜在灵敏度。使用密度泛函理论计算转换率的电子密度和实际期望的能量分辨率和背景的CUORE。蒙特卡罗计算$5~$ y $\times741~$ kg= $3705~$ kg y的曝光进行了分析，使用时间相关的理论依赖于时间的计数率的个别事件，并导致预期的限制的轴子质量小于$100$ eV的轴子-光子耦合$g_{aγγ}<3.83\times 10^{-10}~GeV^{-1}$。
2015-09-30 astro-ph.CO hep-ph
Effect of energy deposited by cosmic-ray particles on interferometric gravitational wave detectors
我们研究了宇宙线粒子沉积热能对干涉型引力波探测器噪声的影响。我们导出了一个描述镜子对宇宙射线通过的响应的一般公式。我们发现，在干涉和共振引力波探测器的情况下，漫画射线的响应（温度和宇宙射线轨道位置的依赖性）有所不同。由低能次级μ子引起的振动的功率谱密度比未来第二代干涉仪项目（如LCGT和Advanced LIGO）的目标灵敏度小100倍。在LCGT和Advanced LIGO的镜子内产生足够大的簇射的高能宇宙射线μ子的到达频率是每一千年一次。我们还讨论了用干涉仪检测奇异粒子探测的可能性。
2008-08-03 gr-qc hep-ph physics.ins-det
Probing mixing of photons and axion-like particles by geometric phase
我们发现光子与类轴子粒子（ALP）的混合现象具有几何相位的特征。这种相的实验室观察可以提供一种能够检测这种混合现象的新工具。我们发现几何相位依赖于类轴子粒子的质量和耦合常数。我们讨论了一个干涉实验能够检测的几何相位相关的ALP光子混合。
2015-10-25 hep-ph
Direct detection of dark matter axions with directional sensitivity
我们研究了轴子晕圈探测器谐振腔中轴子暗物质信号的方向性效应，对于不满足轴子德布罗意波长$λ_a$充分大于完全相干转换的腔尺寸$L$（即$λ_a \gtrsim 2πL$）的腔几何形状.我们专注于长薄腔沉浸在偶极磁铁，并找到适当选择的腔长度，O（1）调制的信号与腔的方向相对于由银河系暗物质晕的等温球模型预测的遗迹轴子背景的动量分布。这种效应可以被用来设计定向轴子暗物质探测器，提供一个明确无误的外星起源的可能的积极检测签名。此外，调制的精确形状可以给出星系晕分布的信息，并且对于特定的晕模型，对于更高的轴子质量给出额外的灵敏度。
2012-08-28 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ph
Sensitivity of the CUORE detector to $14.4$ keV solar axions emitted by the M1 nuclear transition of$~^{57}$Fe
本文计算了CUORE探测器对太阳中$~^{57}$ Fe的M1核跃迁发射的、由单晶$TeO_2$测辐射热计中逆相干Bragg-Primakoff转换探测到的单能$14.4$ keV太阳轴子的灵敏度。使用密度泛函理论计算$TeO_2$的电子电荷密度和CUORE的实际背景和能量分辨率的预期计数率。使用单个事件的时间相关性和理论上随时间变化的计数率，对$5$ y $\times$ $741$ kg= $3705-$ kg $\cdot$ y暴露量的蒙特卡罗模拟进行了分析。我们发现一个预期的模型无关的限制的产品的轴子-光子耦合和轴子-核子耦合$g_{aγγ}g_{aN}^{\text{eff}}<1.105\times 10^{-16}$ /GeV的轴子质量小于500 eV的$95\%$置信水平。
2016-01-22 astro-ph.CO hep-ph
Neutron Interferometry and axion like particles
提出了一种基于中子束干涉测量的轴子和类轴子粒子的揭示方法。我们考虑一个中子束分裂成两个子束的干涉仪，子束在具有不同取向磁场的区域中传播。束路径和磁场的强度以这样一种方式设置，即除去由于轴子诱导的相互作用而对相位差的所有贡献。由此产生的相位差与轴子的存在直接相关。我们的研究结果表明，这样的阶段是在原则上可检测的中子干涉，可能证明存在的轴子和类轴子粒子。
2021-02-23 hep-ph hep-th
Quantum Analysis of Rydberg Atom Cavity Detector for Dark Matter Axion Search
对宇宙轴子、光子和里德伯原子在谐振腔中相互作用的动力学系统进行了量子分析。为了准确估计里德伯原子腔探测器对暗物质轴子的探测效率，适当考虑了原子在连续入射光束中的运动。
1998-11-27 hep-ph
Observing Axion Emission from Supernova with Collider Detectors
我们考虑在未来观察附近超新星（SN）的轴子发射的可能性，这可以通过SN前警报系统提前知道，通过对撞机探测器，如LHC探测器（即，ATLAS和CMS）和ILC检测器（即，ILD和SiD）。在探测器内的强磁场作用下，来自SN的轴子可以被转换为光子，并被电磁量能器探测到。我们估计的信号和背景事件的数量，由于附近的SN和信号的数量可能是相当大的。如果在SN时停止射束并且将检测器操作切换到用于SN轴子搜索的操作，则可以观察到来自附近SN的轴子发射。
2022-04-25 hep-ph
Harvesting quantum coherence from axion dark matter
量子相干性是量子力学最显著的特征之一，它植根于叠加原理。最近的研究表明，从相干标量场中获得量子相干性是可能的。为了探索一种新的探测轴子暗物质的方法，我们考虑了一个与轴子场耦合的点状Unruh-DeWitt探测器，并对探测器的相干性进行了量化。我们证明了探测器可以从轴子暗物质中获得量子相干性。更准确地说，我们考虑一个原子中的二能级电子系统作为探测器。在这种情况下，我们获得相干性度量$C=2.2\times 10^{-6}γ\, \left(T/1{\rm s}\right)$，其中$T$和$γ$是观测时间和洛伦兹因子。同时，我们可以探测的轴子质量$m_a$由探测器的能隙决定。
2022-02-16 astro-ph.CO hep-ph quant-ph
Searches for axioelectric effect of solar axions with BGO-scintillator and BGO-bolometer detectors
用BGO探测器对$p + d \rightarrow {^3\rm{He}}+γ~(5.5~ \rm{MeV})$反应中产生的5.5 MeV太阳轴子的轴电吸收进行了研究。得到了一个与模型无关的关于轴子-核子$g_{AN}^3$和轴子-电子$g_{Ae}$耦合常数乘积的极限：$| g_{Ae}\times g_{AN}^3|< 1.9\times 10^{-10}$（90% C. L.）
2015-01-14 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Heavy Axion Opportunities at the DUNE Near Detector
虽然QCD轴子通常被认为是轻的（$\lesssim$ eV），最近的工作已经打开了一个可行的和有趣的重轴子的参数空间，解决了强CP和轴子质量问题。这些动机良好的重轴子，以及一般的类轴子粒子，要求在对撞机和束流收集器环境中的GeV质量领域的探索。即将到来的主要中微子实验，深地下中微子实验（DUNE），同时也是一个强大的束流收集实验，由其多用途近探测器（ND）复合体实现。在这项研究中，我们表明，与详细的分析，沙丘ND有一个独特的灵敏度，重轴子之间的质量$20$ MeV和$2$ GeV，补充其他未来的实验。
2021-05-20 hep-ex hep-ph
Probing high-energy solar axion flux with a large scintillation neutrino detector
我们研究了$p(d,\, ^{3}{\rm He})a$反应产生的5.49 MeV太阳轴子通量，并分析了江门地下中微子观测站（JUNO）即将开展的大型地下中微子振荡实验对探测该通量的潜力。JUNO探测器可以通过各种过程来揭示轴子，例如康普顿和逆普里马科夫转换，以及通过它们在探测器内衰变为两个光子或电子-正电子对。我们进行了详细的数值分析，以预测不同的组合的轴子-电子（$ g_{ae} $），轴子-光子（$g_{aγ}$），和isovector轴子-核子（$ g_{3aN} $）耦合的灵敏度，使用预期的JUNO数据为不同的基准值的轴子质量在一个模型独立的方式。我们发现JUNO将Borexino的电流边界提高了大约一个数量级，并且在中微子实验中具有最好的灵敏度。
2022-09-23 astro-ph.SR hep-ex hep-ph
Superconducting Radio Frequency Cavities as Axion Dark Matter Detectors
本文介绍了一种改进的用于轴子暗物质探测的腔技术，其中腔由输入功率驱动，而不是由静态磁场渗透。当满足谐振条件$ω_1 = ω_0 \pm m_a$时，输入功率的一小部分被轴子场泵浦到频率为$ω_1$的接收模式，其中$ω_0$是输入模式的频率，而$m_a$是轴子质量。计算了圆柱腔中任意一对输入和输出模式的相关形状因子。整体搜索策略进行了讨论，并列出了一个实际的实验要克服的技术挑战。
2013-01-20 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
A Test of Bolometric Properties of Tm-containing Crystals as a Perspective Detector for the Solar Axion Search
$^{169}$ Tm核素的第一核能级为8.41 keV，具有向基态的磁型跃迁，因此可以作为寻找太阳轴子共振吸收的靶核。我们计划使用的石榴石家族TmPDMATHABMN铝$_5$ O $_{12}$的含Tm晶体作为测辐射热探测器，以寻找通过太阳轴子的共振吸收的第一核能级的激发$^{169}$ Tm。考虑到这一点，生长Tm $_3$ Al $_5$ O $_{12}$晶体的样品，并测试其测辐射热和光学性质。还进行了化学和/或放射性污染的测量。在本文中，我们提出的测试结果，并估计未来的低背景实验装置的要求。
2019-05-30 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Quantum analysis of Rydberg atom cavity detector for dark matter axion search
对微波谐振腔中宇宙轴子、光子和里德伯原子相互作用的动力学系统进行了量子计算。确定了通过吸收轴子转换光子和热背景光子而激发的处于上态的里德伯原子数目的时间演化。计算中特别考虑了实际的实验情况，如入射光束中里德伯原子的运动和均匀分布，以及腔内电场的空间变化。通过这些详细的计算，阐明了谐振腔中轴子-光子-原子相互作用的一些基本问题。利用这些结果对里德伯原子腔探测器的探测灵敏度进行了合理的估计。系统的量子分析为利用里德伯原子腔探测器研究暗物质轴子提供了最佳的实验装置。
1999-08-24 hep-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
Ultra wideband axion search using a Faraday haloscope
暗物质是我们宇宙的主要组成部分，而轴子是一个主要的候选者。在这篇文章中，它示出，通过利用轴子在磁棒和法拉第效应的诱导磁化，轴子在$500$到$5000~μ$ eV的质量范围内，其中一部分（$> 3500~μ$ eV）是目前无法访问的实验，可以搜索使用相同的实验装置在一年内使用现有的技术。磁棒被放置在一个高精细度的光学腔中，通过将探测光限制在其内，增加了相互作用时间，从而增强了法拉第效应。这充分旋转探测光的偏振平面并产生鲁棒信号。使用直流磁场选择不同质量的轴子。在无噪声的环境中，通过使用容易获得的高量子效率（$\approx 1$）光子计数器在光域中对光子进行计数来进行检测。还提出了一种光学干涉方案，可以提供光谱信息的轴子被搜索。
2022-12-05 astro-ph.CO astro-ph.IM cond-mat.str-el
Theoretical expectations and experimental prospects for solar axions searches with crystal detectors
由于普里马科夫相干转换太阳轴子到光子通过布拉格散射在几个固态探测器的预期信号的计算，并与目前和未来的实验灵敏度进行比较。在可预见的将来，可以用晶体探测器探测出m_a>~0.03 eV的轴子窗口（目前用其他技术还达不到），以将轴子-光子耦合常数限制在日震学的最新界限之下。相反，在这种设备的灵敏度区域中的正信号将意味着重新审视针对相同范围的轴子质量导出的其他更严格的天体物理极限。
1998-10-20 astro-ph hep-ph
Theory for the Direct Detection of Solar Axions by Coherent Primakoff Conversion in Germanium Detectors
假设轴子存在，并在太阳中通过原子核库仑场中光子的Primakoff转换产生。在锗探测器中计算检测率，这是由于当入射角满足给定晶面的布拉格条件时，晶格中的轴子到光子的相干转换。速率与太阳和探测器的相对位置相关，产生一个特征可识别的亚昼夜时间模式。一个主要的实验提出了基于一个大型探测器阵列。
1997-08-01 astro-ph hep-ph
MOSAIC: Magnonic Observations of Spin-dependent Axion-like InteraCtions
本文提出一种基于磁振子的可扩展探测器MOSAIC，用于搜索电子耦合轴子暗物质的自旋依赖相互作用，其灵敏度超越现有铁磁谐振腔，并可在未探索参数空间中搜索。
2025-04-22 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Search for Solar Axions Produced in $p(d,\rm{^3He})A$ Reaction with Borexino Detector
使用Borexino探测器对$p+d\rightarrow\rm{^3He}+A (5.5 \rm{MeV})$反应中产生的5.5 MeV太阳轴子进行了搜索。轴子到光子的康普顿转换，${\rm A}+e\rightarrow e+γ$，轴电效应，${\rm A}+e+Z\rightarrow e+Z$，轴子到两个光子的衰变，${\rm A}\rightarrow2γ$，和逆Primakoff转换的核，${\rm A}+Z\rightarrowγ+Z$，被认为是。轴子-电子（$g_{Ae}$）、轴子-光子（$g_{Aγ}$）和等矢量轴子-核子（$g_{3AN}$）耦合的模型独立极限得到：$|g_{Ae}\times g_{3AN}| \leq 5.5\times 10^{-13}$和$|g_{Aγ}\times g_{3AN}| \leq 4.6\times 10^{-11} \rm{GeV}^{-1}$在$m_A <$ 1 MeV（90% c.l.）。这些限制比以前使用核反应堆和加速器的实验室实验中获得的限制强2-4个数量级。
2012-03-28 astro-ph.SR hep-ex hep-ph
Response of the common mode of interferometric detectors to a stochastic background of massive scalar radiation
我们计算的角度模式和重叠减少功能的测地线和非测地线的共同模式的两个干涉仪相互作用的随机，大规模的标量背景。我们还讨论了共模和差模之间可能的重叠。我们发现，两个共模对非相对论背景的互相关响应可能高于两个差模对同一背景的响应。
2005-04-18 astro-ph gr-qc hep-ph
Search for solar Kaluza-Klein axion by annual modulation with the XMASS-I detector
在标准四维时空之外的大额外维度理论中，轴子可以在这样的额外维度中传播，并获得卡鲁扎-克莱因（KK）激发。这些KK轴子是在太阳中产生的，可以解决太阳日冕无法解释的加热问题。虽然大多数的KK轴子逃离了太阳系，但一小部分被引力困在围绕太阳的轨道上。它们会在地面探测器中衰变成两个光子。事件发生率预计每年根据与太阳的距离进行调整。我们已经使用$832\times 359$ kg $\cdot$天的XMASS-I数据搜索了年度调制特征。没有发现明显的事件率调制，因此，我们设置的第一个实验约束的KK轴子-光子耦合$4.8 \times 10^{-12}\, \mathrm{GeV}^{-1}$在90%的置信水平的KK轴子数密度为$\bar{n}_\mathrm{a} = 4.07 \times 10^{13}\, \mathrm{m}^{-3}$，额外的维度$n = 2$的总数，和额外的维度$δ= 2$的数量，轴子可以传播。
2017-11-16 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Is the Turner Window Open? Seeking Closure with Resonant Absorption of Galactic Axions in NaI Dark Matter Detectors
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Institute for Nuclear Theory, University of Washington（华盛顿大学核理论研究所）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Queen’s University（女王大学）；The Arthur B. McDonald Canadian Astroparticle Physics Research Institute（亚瑟·B·麦克唐纳加拿大天体粒子物理研究所）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
基于DAMA/LIBRA年 modulation信号，研究利用NaI探测器探测轻WIMPs，发现银河碳燃烧星产生的轴子可通过共振吸收产生440 keV光子，为探测轴子提供新机会。
2026-03-17 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Axion-like Dark Matter Search with Space-based Gravitational Wave Detectors
School of Fundamental Physics and Mathematical Sciences, Hangzhou Institute for Advanced Study, UCAS（杭州高等研究院基础物理与数学学院，UCAS）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Key Laboratory of Particle Astrophysics, Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（高能物理研究所粒子天体物理重点实验室，中国科学院）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（理论物理研究所，中国科学院）
本文提出利用空间引力波探测器的光学基准改进，以检测轴子类暗物质引起的双折射，扩展了探测器的物理能力。
2026-01-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Prospects for Direct Detection of Inflationary Gravitational Waves by Next Generation Interferometric Detectors
我们研究了未来空间引力波探测器DECIGO和BBO探测暴胀引力波背景的潜在影响。利用基于数值计算的引力波谱的精确预测，计算了混沌/自然/混合暴胀模型下每个实验的信噪比。我们研究了再加热温度对暴胀模型的影响，发现在高再加热温度下，混沌/自然暴胀模型都能探测到引力波.通过对引力波的探测，可以得到再加热温度的下限。这个下限的粒子物理的再加热温度的影响进行了讨论。
2011-02-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Axion Detection in the Micromaser
我们报告了一个高效的单微波光子探测方案，并应用于探测某些奇异粒子，如轴子。该方案利用称为微激射器的实验和捕获态的现象来放大信号，并在场电离检测器中产生检测器计数的级联。级联提供了一个时间分辨的信号，标记单个光子的存在。对于实验可实现的参数，检测效率超过90%。
2006-03-22 hep-ph physics.ins-det
Prospects of solar axion searches with crystal detectors
本文计算了在几种晶体探测器中，太阳轴子经布拉格散射相干转换为光子的预期信号。结果与目前和将来的实验灵敏度进行了比较，得出晶体探测器的灵敏度不会对球状星团的轴子-光子耦合ga极限提出挑战的结论。特别是，在用这种技术探测到的m_a ~> 0.03 eV的轴子质量窗口中（目前还无法用其他方法探测到），如果这些探测器的参数和性能得到显著改善，并且积累了大量的统计数据，g_a可能会被限制在10^-9 GeV^-1（最近的日震界）。这个界限应该被认为是未来晶体实验灵敏度的最小目标。因此，在这种灵敏度水平上发现正信号必然意味着重新审视针对相同范围的m_a值导出的其他更严格的天体物理极限。
1998-11-23 astro-ph hep-ph
Detectability of axion-like dark matter for different time-delay interferometry combinations in space-based gravitational wave detectors
University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）
研究不同时间延迟干涉仪组合在空间引力波探测器中对轴子类暗物质的探测灵敏度，发现Monitor和Beacon组合在高频范围更优，Sagnac组合在低频范围更优，ASTROD-GW可探测到质量低至10^-20 eV的轴子类暗物质。
2026-04-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Probing a diffuse flux of axion-like particles from galactic supernovae with neutrino water Cherenkov detectors
在这篇文章中，我们声称，类轴子粒子（ALP）与MeV的质量可以产生半相对论性的速度在核心坍缩超新星（SNe），产生一个弥漫的银河通量。我们表明，这些ALP可以检测到中微子水切伦科夫探测器通过$a \, p \rightarrow p \, γ$相互作用。使用超级神冈的数据，我们推导出新的约束ALP参数空间，不包括一个区域跨越一个数量级以上的ALP-质子耦合的冷却范围内的ALP质量的范围内的$1-70$ ~MeV和ALP-质子之间的耦合$\sim 2\times10^{-5}-2\times10^{-4}$。我们表明，未来的超神冈将能够探测耦合小到$\sim 10^{-5}$，大大限制了SN 1987 A冷却边界以上的允许区域。
2025-07-14 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on Axion-Like Particles with the Silicon Detector at a Nuclear Reactor
Nanjing Normal University（南京师范大学）；Jiangxi Normal University（江西师范大学）；Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）
利用核反应堆硅探测器通过等离子体激发检测轴子类粒子，提出在0.1-100 keV质量范围内对ALP-光子耦合$g_{aγγ}$的约束，并展示vIOLETA的灵敏度优于现有限制。
2026-07-09 hep-ph
Cross section for supernova axion observation in neutrino water Cherenkov detectors
本文利用自洽连续随机相近似更新计算了轴子-氧截面及退激发分支比，获得了轴子激发氧核产生的总伽马谱，并据此重新评估了Kamiokande-II对SN 1987A轴子的可探测性。
2024-01-03 astro-ph.HE hep-ph nucl-th
Scanning the landscape of axion dark matter detectors: applying gradient descent to experimental design
寻找暗物质仍然是现代物理学和宇宙学的主要目标之一。以轴子形式存在的暗物质的研究已经被提出，或者正在进行一系列的实验合作。当我们展望下一代探测器时，一个自然的问题是是否有新的实验设计等待被发现，以及我们如何找到它们。在这里，我们采取了一种新的方法，通过使用梯度下降技术来搜索最佳的检测器设计的实验设计过程。我们提供了一个证明这项技术的原则，通过搜索1D探测器不同的检测器的体积属性，直到获得最佳的检测器设计。值得注意的是，我们发现探测器能够超越人类设计的搜索实验。这为进一步梯度下降搜索更复杂的2D和3D设计打开了大门，这些设计涉及更广泛的材料和探测器的边界几何形状。还有机会使用更复杂的梯度下降算法来完成对设计景观的更详尽的扫描。
2021-08-31 hep-ex hep-ph
Axion detection in the milli-eV mass range
我们提出了一个实验计划，以寻找星系晕轴子质量$m_a \sim 10^{-3}$ eV，这是上述范围内可访问的腔技术。该探测器由大量平行的超导导线组成，这些导线嵌入对微波辐射透明的材料中。导线携带电流配置，该电流配置在检测器体积内产生静态的不均匀磁场$\vec{B}_0(\vec{x})$。进入这个体积的轴子可以转化为光子。我们讨论了探测器的可行性及其灵敏度。
1993-05-13 astro-ph hep-ph
Revisiting Turner Window Axions: The Untapped Potential of NaI Dark Matter Detectors
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Institute for Nuclear Theory, University of Washington（华盛顿大学核理论研究所）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Queen’s University（女王大学）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（基础物理珀蒂默研究所）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
本文重新审视Turner窗口轴子，发现NaI探测器可通过共振吸收检测具有强核耦合的轴子，揭示了新的约束机会。
2026-04-28 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Search for long-lived axions with far detectors at future lepton colliders
在我们之前的工作[Phys. Rev. D 101（2020）075046]中，我们建议在电子正电子对撞机（FADEPC）上安装FAr探测器，以提高长寿命粒子（LLP）的发现潜力。在这项研究中，我们考虑了8个设计的远探测器具有不同的位置，体积和几何形状，并探讨其潜在的发现长寿命的类轴子粒子（ALP）通过过程$e^-e^+ \rightarrow γ\,\, a,~ a \to γγ$在未来的$e^{-}e^{+}$对撞机运行在一个中心的质量能量为91.2 GeV和集成的亮度为16，150，和750 ab $^{-1}$。我们估计他们的模型参数的有效ALP-光子-光子耦合$C_{γγ} / Λ$，有效ALP-光子- $Z$耦合$C_{γZ} / Λ$，和ALP质量$m_a$的三个物理场景的敏感性：$C_{γZ} = 0$ ; $C_{γZ} = C_{γγ}$和$C_{γZ}$和$C_{γγ}$可以自由改变。研究结果为未来正负电子对撞机远探测器的优化设计提供了参考。
2022-07-20 hep-ph
Weighing the universe with accelerators and detectors
假设在对撞机上观测到最轻的超伴子（LSP），并在显式实验中检测到WIMP。我们指出，人们不能立即得出结论，宇宙的冷暗物质（CDM）已被观察到，我们确定什么测量是必要的，这样的结论是有意义的。我们讨论了中微子和轴子的类似情况，在轴子的情况下，我们还没有找到一种方法来得出结论，即使轴子被检测到的CDM。
2000-08-02 astro-ph hep-ph
New limits on the resonant absorption of solar axions obtained with a $^{169}$Tm-containing cryogenic detector
研究了$^{169}$ Tm核对太阳轴子的共振吸收。使用了一种新开发的方法，该方法涉及基于Tm $_3$ Al $_5$ O $_{12}$晶体的低本底低温测辐射热计，与以前的基于$^{169}$ Tm的实验相比，该方法允许显著提高灵敏度。在$6.6$天暴露期间用$8.18$ g晶体进行的测量产生了以下轴子耦合限值：$|g_{Aγ} (g_{AN}^0 + g_{AN}^3) \leq 1.44 \times 10^{-14}$ GeV $^{-1}$和$|g_{Ae} (g_{AN}^0 + g_{AN}^3) \leq 2.81 \times 10^{-16}$。
2020-04-17 astro-ph.SR hep-ex hep-ph
Radio-loud Magnetars as Detectors for Axions and Axion-like Particles
我们表明，通过研究来自高磁化瞬态波束源的无线电脉冲的到达时间，有可能检测到轻的赝标量粒子，如轴子和类轴子粒子，它们的存在可能对QCD的强CP问题以及宇宙学中的暗物质问题具有相当大的影响。具体来说，这样的轻玻色子可以在广泛的粒子质量范围内以更高的灵敏度检测，比目前通过地面实验和间接天体物理学考虑所能实现的要高得多。切卢什和冈德尔曼（2009）讨论了可观察到的效应，类似于施特恩-格拉赫实验：当电-磁场和轴子场之间存在有限耦合时，光子束的分裂自然出现。光束的分裂角线性地取决于光子波长、磁化区域的大小以及在光子传播方向的横向方向上的磁场梯度。如果射电强磁星的无线电发射是定向的，并且起源于具有强磁场梯度的区域，那么单个脉冲的分裂可能是可检测的。我们用一个简化的磁星模型对这种效应进行了量化，并在射电强磁星XTE，J1810 -197的2，GHz射电光变曲线中寻找射电波束分裂.
2012-02-01 astro-ph.HE hep-ph
A cavity entanglement and state swapping method to accelerate the search for axion dark matter
在基于腔的轴子暗物质探测器中，量子噪声仍然是实现全面搜索轴子参数空间所需的扫描速率的主要障碍。在这里，我们介绍了一种方法的扫描速率增强，其中轴子敏感腔耦合到一个辅助谐振电路，通过同时双模压缩（纠缠）和状态交换相互作用。我们分析表明，当结合起来，这些相互作用可以放大轴子信号之前，它成为测量引入的真空噪声污染。这种内部放大产生了更宽的轴子灵敏度带宽，增加了探测器在频率空间中搜索的速度。通过对该系统的电路模拟预测的相互作用速率，我们表明，相对于受真空噪声限制的检测器的扫描速率，这种技术可以将扫描速率提高到15倍。
2022-04-22 hep-ph quant-ph
Supernova-scope for the Direct Search of Supernova Axions
如果超新星爆炸发生在距离地球几百秒差距的范围内，除了中微子之外，还有大量的轴子可能到达地球。本文详细讨论了利用轴子太阳望远镜探测超新星轴子的前景。在超新星爆发前中微子警报系统的帮助下，可以提前将日光望远镜指向爆炸的超新星。超新星轴子可以被安装在日光镜末端的伽马射线探测器探测到。我们称这样的探测系统为轴子超新星观测器（axion supernova-scope，SNscope）。我们提出了一个概念设计的轴子SNscope，其中的伽马射线探测器安装在相对端的X射线探测器的太阳轴子。在正常运行期间，它仍然作为轴子日光望远镜，一旦收到SN前中微子警报，望远镜就会暂时转向并瞄准SN候选者，等待超新星轴子。我们估计超新星轴子检测的灵敏度，并发现SNscopes的基础上的下一代轴子太阳镜，如IAO，有潜力探索不可见的轴子和测试恒星冷却异常的轴子解释。
2020-08-10 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Search for solar axions with CsI(Tl) crystal detectors
介绍了在阳阳地下实验室进行的韩国隐形质量搜索（KIMS）实验对太阳轴子的搜索结果。太阳轴子通过CsI（Tl）晶体中的轴电效应转化为电子，将产生低能电子反冲事件。使用来自34，596 $\rm kg \cdot days$的曝光的数据，我们设定了一个90%置信水平的上限，对轴子质量小于1 keV/ $\rm c^2$的$1.39 \times 10^{-11}$的轴子-电子耦合$g_{ae}$。这个极限低于太阳中微子的间接束缚，并且完全排除了DFSZ和KSVZ模型中分别重于0.48 eV/ $\rm c^2$和140.9 eV/ $\rm c^2$的QCD轴子。
2016-05-23 astro-ph.SR hep-ex hep-ph
Prospects for Searching Axion-like Particle Dark Matter with Dipole, Toroidal and Wiggler Magnets
在这项工作中，我们认为搜索的暗物质的轴子或轴子状粒子（ALP）使用共振射频腔插入到偶极磁铁从粒子加速器，摆动磁铁加速器为基础的先进光源，和环形磁铁类似于粒子物理探测器中使用的。我们调查预期的灵敏度，这样的ALP暗物质探测器，并讨论工程方面的建设和调整。还简要提及由于磁性技术的改进而变得可用的甚至更强的场磁体。结论是，利用现有的磁铁进行新的实验，可以大大扩大寻找类轴子暗物质粒子的质量区域。
2011-10-10 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Bragg-Primakoff Axion Photoconversion in Crystal Detectors
本文研究晶体中 Bragg-Primakoff 轴子光转换，指出末态光子吸收可导致超过 O(10^3) 的相干增强抑制，并用 Borrmann 效应与吸收建模评估多种晶体实验的太阳轴子灵敏度。
2023-07-12 hep-ph
Primordial Black Holes as a Factory of Axions: Extragalactic Photons from Axions
Yonsei University（延世大学）；Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；Chungnam National University（忠南国立大学）；Institute for Basic Science (IBS)（基础科学研究院）；Korea Institute for Advanced Study（韩国高等研究院）
本文研究原初黑洞通过产生轴子光子谱，提出方法推导光子谱和通量，展望e-ASTROGAM探测器的检测能力。
2025-04-05 astro-ph.HE hep-ph
Telling Solar Neutrinos from Solar Axions When You Can't Shut Off the Sun
XENON1 T实验最近报告了低电子反冲能量下的过量事件，这可能是由于探测器内太阳中微子通过大中微子磁矩的相互作用。我们指出，$^{51}$ Cr中微子源放置在靠近探测器可以直接测试这一假设。
2020-06-29 hep-ex hep-ph nucl-ex
Improved sensitivity of interferometric gravitational wave detectors to ultralight vector dark matter from the finite light-traveling time
最近的一些研究指出，引力波探测器对超轻矢量暗物质敏感，可以改善等效原理测试给出的当前最佳约束。虽然引力波探测器是一种高度精确的测量其臂长差的工具，但其灵敏度有限，因为矢量暗物质引起的测试质量镜的位移几乎是常见的。在这封信中，我们指出，灵敏度显着提高，如果考虑到有限的光在探测器的武器旅行时间的影响。这种效应使得先进的LIGO能够将对$U(1)_{B-L}$规范耦合的约束与当前最佳约束相比提高一个数量级。这也使得未来的引力波探测器的灵敏度比现在的要好得多。新效应对约束的改善因子取决于矢量暗物质的质量，对先进LIGO、Einstein望远镜、Cosmic Explorer、DECIGO和LISA的最大改善因子分别为$470$、$880$、$1600$、$180$和$1400$.包括新的影响，我们更新的约束条件的第一次观测运行的先进LIGO和改善的约束条件的$U(1)_B$规范耦合的一个数量级相比，目前最好的约束。
2021-03-23 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
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
Prospects for solar axions searches with crystals via Bragg scattering
由于普里马科夫相干转换太阳轴子到光子通过布拉格散射在几个固态探测器的预期信号的计算，并与目前和未来的实验灵敏度进行比较。在可预见的将来，可以用晶体探测器探测出m_a > 0.03 eV的轴子窗口（目前还不能用其他技术探测到），以将轴子-光子耦合常数限制在日震学的最新界限之下。相反，在这种设备的灵敏度区域中的正信号将意味着重新审视针对相同范围的轴子质量导出的其他更严格的天体物理极限。将这种技术应用于正在Canfranc地下实验室采集数据的COSME锗探测器，可获得95%的C.L.极限g_a < 2.8 10^-9 GeV^-1。
1999-12-23 astro-ph hep-ph
Ferromagnetic Detectors of Axions in RF (S - X) Band
（伪）戈德斯通玻色子在许多现代理论中自然出现，如超引力、超弦理论和带有挠率的广义相对论变体。另一方面，有众所周知的迹象表明，宇宙质量的很大一部分以暗物质的形式存在。最吸引人的暗物质模型是轻基本粒子与“通常”物质\cite{b2} - \cite{b4}弱相互作用的非相对论气体。我们描述了铁磁探测器，搜索的arion（轴子），其中使用高灵敏度的双通道SHF接收器。其敏感性可达$10^{-20}\,Wt$，随时间的延长而增高，随$1-10\,s$的增高而增高。信号的傅立叶分析提供了高达$\pm50\,KHz$的区域中的测量，其光谱分辨率为$0.1 - 25\, Hz$。采用了一种基于信号相干积累的特殊计算机方法的高灵敏度超高频接收机。该接收机还可用于其它精密实验，如储存环中电子/正电子束极化的测量、宇称破坏的研究、大气雷达研究等。
1995-06-20 astro-ph hep-ph
Axion beams at HERA?
如果最近在PVLAS实验中观察到的异常是由于轴子引起的，那么通过HERA光束线的高磁场传播的同步加速器光子的强大光束就成为强轴子源。这提供了一个独特的机会，通过在HERA隧道中安装一个小型探测器来探测轴子-光子相互作用，并在运行的几天内证实轴子假设。
2007-01-09 hep-ph
