Electromagnetic waves propagating in the string axiverse
人们普遍认为,在弦论中,轴子无处不在,可能就是暗物质。轴子暗物质的独特特征是相干振荡和通过陈-西蒙斯项与电磁场耦合。本文研究了质量在$10^{-13}\,{\rm eV}$到$10^{3}\,{\rm eV}$范围内的轴子的这两个特征的结果。首先,我们研究了由轴子相干振荡引起的电磁波的参数共振。作为谐振的结果,电磁波的振幅被增强,并且将产生圆偏振单色波。其次,我们研究了轴子暗物质背景下的光速。在陈-西蒙斯项的存在下,色散关系被修改,光速将随时间振荡。事实证明,光速的变化很难观察到。我们认为,未来的无线电波观测的共振可以引起一个更强的约束的耦合常数和/或密度的轴子暗物质。
2017-11-12 astro-ph.CO hep-th
Parametric Resonances in Axionic Cosmic Strings
本文发现轴子宇宙弦中由内部模式激发触发的新型参数共振,通过数值模拟与解析计算验证其放大横向位移的机制,并分析其辐射对宇宙弦网络模拟的意义。
2023-04-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Dark Matter Axion Clump Resonance of Photons
最近人们对暗物质轴子凝聚体的物理性质产生了兴趣。由于引力和自相互作用,它们可以组织成空间局域化的团块,其性质由我们在参考文献中研究。[1,2]中所述。由于轴子凝聚体是相干振荡的,因此可以想象它会导致光子的参数共振,导致光子占有数的指数增长和随后的无线电波发射。我们发现,虽然共振总是存在的空间均匀的凝聚体,其存在的空间局域化的团块凝聚体依赖于灵敏的大小的团块,轴子-光子耦合的强度,和字段的振幅。通过将电磁场分解为矢量球谐函数,我们能够数值计算任意参数的团块共振。我们发现,对于球对称团块,这是真正的BEC基态,共振是不存在的QCD轴子光子耦合的常规值,但它是存在的轴子与中等大的耦合,或隐藏的扇区光子,或从标量暗物质与排斥相互作用。我们将这些结果扩展到非球对称的团块,由有限的角动量组织,并发现,即使QCD轴子团块与传统的耦合可以进行共振衰减足够大的角动量。我们讨论了这些结果可能的天体物理后果,包括一个堆积的团块质量和快速电磁辐射在天空中的合并的想法。
2018-11-07 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Cosmological imprints of string axions in plateau
我们对标量势具有平台区的弦轴子的各种宇宙学印记进行了研究。在这种情况下,我们表明,延迟振荡一般会导致参数共振不稳定性。特别是,对于超轻轴子,参数共振可以增强功率谱略低于金斯尺度,缓解与莱曼$α$森林观测的紧张局势。我们还认为,一个持久的共振,可以导致发射的引力波的频率波段,这是可检测的引力波干涉仪和脉冲星定时阵列。
2018-12-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Stability in Axion Inflation with Strong Backreaction from a Massive Vector Boson
University of Massachusetts Amherst(马萨诸塞大学阿默斯特分校)
研究具有大质量矢量玻色子强反作用的轴子暴胀模型,通过修正传统模型,发现大质量规范场可使向强反作用阶段的转变平稳,避免不稳定性,为现象学上可行的暴胀实现提供可能。
2026-07-28 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Coherent versus incoherent amplification: from parametric resonance to the kinetic regime in stimulated axion decay
Università di Padova(帕多瓦大学);INFN Sezione di Padova(意大利国家核物理研究所帕多瓦分部);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);Università degli Studi di Torino(都灵大学)
本文研究受激轴子衰变中相干与不相干放大的差异,揭示参数共振($s\propto g_{a\gamma}$)与动力学行为($s\propto g_{a\gamma}^2$)源于轴子场的相干性,并推导出统一的有效演化方程及交叉描述。
2026-10-07 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Parametric-Resonance Production of QCD Axions
CAS Key Laboratory of Theoretical Physics, Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences(中国科学院理论物理研究所理论物理重点实验室);School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学物理科学学院);State Key Laboratory of Particle Astrophysics, Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences(中国科学院高能物理研究所粒子天体物理国家重点实验室);Physics Department, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Jinan University(暨南大学物理与光电工程学院物理学系)
研究通过宇宙学机制增强暗物质轴子产生,利用QCD相变时原初温度波动调制轴子质量触发参数共振,使暗物质丰度预测的轴子质量窗口变为\(10^{-4}-10^{-3} \, \text{eV}\)。
2026-07-07 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Resonant conversion of axion dark radiation into terahertz electromagnetic radiation in a neutron star magnetosphere
本研究发现中子星磁层中轴子-光子转化存在质量匹配共振和Euler-Heisenberg辅助共振两种模式,重点研究后者介导的相对论轴子暗辐射转化,计算不同参数下的电磁辐射,指出产生可探测信号的可能性极低。
2024-08-15 astro-ph.CO 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 resonances in binary pulsar systems
我们研究了超轻轴子的振荡背景和二进制开普勒系统之间的共振在多大程度上可以影响后者的运动。这些共振导致扰动的瞬时时间的到来,并长期变化的周期的二进制。虽然最近已经探索了精确共振处的长期变化,但瞬时效应一直被忽视。在本文中,我们研究后者使用N体模拟,包括外部振荡迫使诱导的轴子背景。虽然长期的影响被限制在一个狭窄的宽度附近的共振,瞬时的变化,虽然最强的接近共振,是显而易见的广泛的配置。我们计算的信噪比(SNR)作为半长轴的函数,通过R\{o} mer延迟的轴子振荡的检测。后者可以从二进制雷达的到达时间中提取。信噪比广泛增加与长期的预期协议的增加二进制偏心率。然而,我们发现它与最低阶共振附近的标度α ^{5/2}有显著不同。未来的观测可以探测这些效应远离共振,因此,限制了更广泛的轴子质量范围,前提是在银河系中心区域附近发现脉冲双星系统,并且时间或到达测量精度达到< 10 ns
2020-03-30 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gravitational wave forest from string axiverse
在弦论中预言的轴子可能有一个标量势,它的势区比传统的余弦势要浅得多。我们首先表明,位于这样的浅电位区域的轴子一般经历突出的共振不稳定性:众所周知的窄共振和/或拍打共振,这还没有得到很好的研究。我们还研究了基于晶格模拟的这些共振不稳定性引起的轴子的非线性动力学。我们发现,弦轴子在不同的质量范围内产生引力波(GW)的峰值在不同的频率确定的质量尺度,被称为GW森林。这可能使我们能够通过未来的多频GW观测来探索弦轴向。我们还研究了解释目前暗物质成分的轴子产生的引力波。
2018-07-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Possible resonance effect of axionic dark matter in Josephson junctions
我们提供的理论论据,暗物质轴子从星系晕,通过地球可能会产生一个小的可观察到的信号共振S/N/S约瑟夫森结。相应的相互作用过程是基于规范不变的轴子约瑟夫森相位角模2 π的唯一性,并预测产生一个小的夏皮罗阶梯状功能时,约瑟夫森频率与轴子质量共振没有外部施加的微波辐射。在[C. Hoffmann et al. PRB 70,180503(R)(2004)]与我们的理论一致,可以用0.11 meV的轴子质量和0.05 GeV/cm ^3的局部星系轴子暗物质密度来解释。我们将讨论未来的实验检查,以确认所观察到的信号的暗物质性质。
2013-11-20 astro-ph.CO astro-ph.GA cond-mat.supr-con
Axion Kinetic Misalignment and Parametric Resonance from Inflation
来自标准失准的轴子冷暗物质通常需要一个衰减常数$f_a~\gtrsim~10^{11}$ GeV。当径向Peccei-Quinn(PQ)对称破缺场取大的初始值时,动力学失调和参数共振容易允许较低的$f_a$值。在这里,我们考虑的影响,通货膨胀的动力失调和参数共振。我们假设初始的PQ场值是由量子涨落决定的,并且由膨胀期间的哈勃参数、$H_I$和PQ场质量来设置。PQ场振荡在温度$T_R$下充气后完成再加热之前或之后开始。我们确定的范围$f_a$和膨胀参数$(H_I, T_R)$一致的轴子暗物质的四次潜在的PQ字段。我们发现,$4\times 10^8$ GeV $< f_a < 10^{11}$ GeV可以持续产生轴子暗物质。允许的参数空间的一个重要部分预测罕见的K介子衰变,$K_L \rightarrow (π^0 + \rm{missing \; energy})$,和/或抑制小尺度上的结构形成。
2020-04-01 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological signatures of ultralight dark matter with an axionlike potential
现实轴子场势的非线性在宇宙动力学中可能起着重要的作用。本文用玻尔兹曼程序CLASS求解了轴子场的背景和线性微扰演化,并与CDM和自由轴子场的结果进行了比较。我们的结论是,有一个轻微的延迟在发病的轴子场振荡时,在轴子潜在的非线性考虑。此外,我们确定了一个快子不稳定性的线性模式,导致在小尺度的功率谱中存在一个凸点。一些评论是反过来的快子不稳定性的真正来源,如何轴子的潜在的参数可以约束的Ly- $α$的意见,和后果的稳定性的自引力物体的轴子。
2017-10-02 astro-ph.CO gr-qc
Calculations of resonance enhancement factor in axion-search tube-experiments
本文指出,外磁场与宇宙轴子场耦合产生的振荡电流密度,可以在开口腔(管)中激发TM谐振模。通过系统地求解轴电动力学的场方程,我们得到了圆柱管内感应振荡场的显式表达式。当满足共振条件时,我们计算了增强因子。虽然获得的功率TM模式复制以前的结果,我们强调,知识的显式场配置内的管开辟了新的方法来设计轴子实验,包括最近的建议,检测感应场使用超导LC电路。此外,作为一个例子,我们估计在一个静态的均匀磁场的存在下,只施加到其体积的一部分的圆柱形管的感应场。
2014-03-06 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Improving Dark Matter Axion Searches with Active Resonators
轴子是暗物质的一个很好的候选者。寻找暗物质轴子的最灵敏的实验依赖于轴子与沉浸在强磁场中的微波腔的电磁共振的耦合。实验的灵敏度与耦合到轴子的共振的Q成比例。到目前为止,用于轴子搜索的谐振器都是无源的,Q值受到腔壁中功率损耗的限制。我建议使用主动反馈谐振器,以提高微波腔轴子暗物质实验的Q值的几个数量级。这应该允许实验显着增加的速度,他们可以测试潜在的轴子质量和耦合。
2014-03-26 astro-ph.CO physics.ins-det
Parametric-resonance based phenomenology of gravitating axion configurations
暗物质(DM)最引人注目的候选者之一是轻的赝标量粒子(轴子),其动机是弦论中的强CP问题和轴向场景。根据它们的质量和自相互作用的类型,这些粒子可以建立自引力结构,如紧凑的物体,DM团块甚至银河DM晕。另一方面,超辐射不稳定性可以产生长寿命的扩展配置(标量云),吸引周围的黑洞(BH)。由于这些标量是实数和谐波,它们与其他物质成分的相互作用可以引起参数共振,这可能导致它们的可观测特征。首先,我们考虑在这些轴子配置的测试粒子的轨道动力学,显示共振时可以发生,并讨论长期的轨道要素的演变。这种情况可能会导致我们银河系中超大质量BH周围的双星或S星的可观测后果。其次,我们讨论了均匀轴子组态中的电磁场不稳定性以及克尔黑洞周围的标量云。这些轴子光子共振可以淬灭超辐射不稳定性,同时在EM扇区产生可观察到的信号。我们给出了这些过程的速率的分析估计,与完全相对论的数值模拟有很好的一致性,并讨论了在这些不稳定性的BH附近的等离子体的影响。
2019-07-28 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Radio-emission of axion stars
研究了致密轴子暗物质结构衰变为辐射光子的参数不稳定性。相应的天体--玻色(轴子)星、它们的星团和弥散轴子云--在后暴涨的佩西-奎因场景中大量形成。我们发展的一般描述参数共振结合有限体积效应,反作用,轴子速度和他们的(在)相干性。通过额外的粗粒化,我们的形式再现了维里化轴子与光子相互作用的动力学方程。我们推导出上述每一个对象的参数不稳定性的条件,以及在坍缩轴子星,评估光子共振模式和它们的增长指数。作为副产品,我们计算了玻色星和漫射轴子的受激发射,认为前者对射电背景的贡献较大。在QCD轴子的情况下,如果轴子-光子耦合超过原始KSVZ值两个数量级,玻色星发光,坍缩星辐射。后者的约束是减轻了几个附近的轴子星共振和缺席的轴子类粒子。我们的研究结果表明,参数效应可能会揭示自己的观测,从FRB过量的无线电背景。
2021-03-24 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Interaction of inhomogeneous axions with magnetic fields in the early universe
我们研究了在量子色动力学相变之后,当轴子获得质量时,早期宇宙中相互作用的轴子和磁场的系统。轴子和磁场都被认为是空间不均匀的。我们推导出这些场的空间谱的方程,它依赖于共形时间。在有磁场的情况下,我们处理了能量密度和磁螺旋度密度的谱。在平均场近似下,得到了封闭形式的演化方程。我们选取了与实际的原初磁场和轴子相对应的系统参数和初始条件。该系统的光谱方程数值求解。我们比较了非均匀和均匀轴子的情况。在这些情况下,磁场的演化仅在小的时间间隔内不同。通常,磁场主要由磁扩散驱动。我们发现均匀轴子的初始波函数放大后会产生磁场不稳定性。如果我们考虑到轴子的不均匀性,这种不稳定性就被抑制了。
2022-04-08 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter Nuclear Magnetic Resonance is Sensitive to Dark Photons and the Axion-Photon Coupling
本研究证明基于核磁共振的暗物质搜寻实验CASPEr-Gradient对暗光子和轴子-光子耦合具有内在强灵敏度,三种相关信号可探测且能区分,若达到QCD轴子核子耦合预言精度,可同时探测对应参数的暗光子与轴子-光子耦合。
2025-05-21 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Constraints on Axion-photon coupling from the Global 21-cm Signal
McGill University(麦吉尔大学);Institute for Basic Science (IBS)(韩国基础科学研究院)
研究通过全球21厘米观测分析轴子-光子耦合参数共振场景的约束,发现参数空间中存在满足观测限制和磁场及直接坍缩黑洞形成物理要求的可行区域。
2026-04-01 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Evolution of binary systems accompanying axion clouds in extreme mass ratio inspirals
研究了伴随轴子云的联星系统在极质量比旋进中的演化,发现共振后剩余云质量最多为中心黑洞的$10^{-5}$,且引力波频率演化的改变可作为云存在的标志。
2023-02-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Decay of ALP Condensates via Gravitation-Induced Resonance
振荡的标量场凝聚体引起哈勃参数的小振幅振荡,这可以由于参数共振不稳定性而引起凝聚体的衰减[1]。我们发现,这种不稳定性可能会导致衰变的凝聚体的类轴子粒子(ALP)字段在辐射阶段的标准宇宙学相当通用的ALP参数值,与某些实验的目的是寻找ALP候选人可能的影响。作为一个例子,我们研究了这种不稳定性的QCD轴子的应用。我们还研究了诱导熵涨落的大小。
2023-03-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmological perturbations for ultra-light axion-like particles in a state of Bose-Einstein condensate
对于像轴子这样的超轻标量粒子,暗物质可以形成具有相干经典波的玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)状态,其波长为星系尺度。在质量为$m$的振荡标量场的上下文中,这种BEC描述相当于在$m \gg H$状态下对哈勃时间尺度$H^{-1}$上的场振荡进行积分。我们提供了一个规范不变的广义相对论框架来研究与复标量场相关的自相互作用BEC中的宇宙学扰动。特别是,我们明确地显示从完美的流体BEC的差异,考虑到冷暗物质,重子,辐射作为一个Schutz-Sorkin描述的完美流体。我们还审查了常用的牛顿处理的准静态近似的基础上的扰动深处的哈勃半径的准确性。对于一个标量场,它开始振荡后,物质辐射平等,我们表明,BEC形成后,一个负的自耦合几乎不会导致拉普拉斯不稳定性的BEC密度衬度。这是由于在非相对论BEC描述的有效性范围内,拉普拉斯不稳定性并没有压倒自相互作用的引力不稳定性。我们的分析不适应制度的参数共振,这可能会发生一个大的字段对齐过程中的瞬态时期之前的BEC形成。
2021-03-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Impact of multiple modes on the evolution of self-interacting axion condensate around rotating black holes
本研究通过数值模拟分析了自相互作用及多模式耦合对旋转黑洞周围轴子凝聚体演化的影响,发现不同初始角量子数下耗散过程对超辐射不稳定性的饱和作用不同,从而决定了 bosenova 爆炸现象是否发生。
2022-11-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Dark photon dark matter from flattened axion potentials
本文提出利用大场值处扁平化的轴子势增强参数共振,并借助振荡子持续产生暗光子,格点模拟表明其可解释超轻暗光子暗物质。
2025-10-18 astro-ph.CO hep-ph nlin.PS
Renormalization group analysis of superradiant growth of self-interacting axion cloud
由于可以从黑洞周围的轴子凝聚体(轴子云)中观测到引力波,因此人们对考虑快速旋转黑洞周围的超轻标量场(尤其是轴子)有着浓厚的兴趣。基于这一考虑,我们提出了一种新的方法来研究快速旋转黑洞周围具有自相互作用的超轻标量场的动力学行为,即利用动力学重整化群方法.我们发现,对于相对论云,饱和的超辐射不稳定性的散射的轴子由于自相互作用不会发生在弱非线性制度时,我们考虑的绝热增长的云从一个单一的超辐射模式。这可能表明,对于相对论性的轴子云来说,一种被称为博森诺瓦的爆炸现象可能不可避免地发生,至少在其进化史上发生过一次。
2021-03-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Self-interacting axion clouds around rotating black holes in binary systems
本研究首次探究含轴子自相互作用的双星系统旋近阶段轴子云演化,发现自相互作用下两类云团共存,其特征会印记在引力波相位修正中,且旋近阶段可能出现bosenova动力学不稳定性。
2024-12-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Nonlinear resonant oscillation of gravitational potential induced by ultralight axion in $f(R)$ gravity
在$f(R)$引力场中研究了质量约为$10^{-22}$ eV的超轻轴子暗物质,这可能解决暗能量问题.特别是,我们专注于一个事实,即在时间振荡的轴子场的压力产生振荡的引力势。我们证明了引力势的振荡对引力模型是敏感的。值得注意的是,我们发现,通过引力波探测器的振荡的可探测性可以显着增强由于超轻轴子和标量之间的非线性共振。
2017-07-27 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Implications of Gravitational-wave Production from Dark Photon Resonance to Pulsar-timing Observations and Effective Number of Relativistic Species
在早期宇宙中,由于共振和快子增强,轴子场的相干振荡自然地驱动了大量的暗光子粒子的产生。在这个过程中,能量突然从前者转移到后者,从而产生引力波。由此产生的引力波最终将作为今天的随机背景被观测到。我们报告的分析结果,这种生产,并将它们连接到最近的脉冲星计时结果的NANOGrav合作。我们显示了一个可用的参数空间,周围的质量$m_ϕ\sim 10^{-13} \, {\rm eV}$和衰减常数$f_ϕ\sim 10^{16} \, {\rm GeV}$与无量纲耦合的${\cal O}(1)$,我们的机制来解释的信号。避免轴子过度支配宇宙的机制是这个模型的必要组成部分,我们讨论了恢复对称性并使轴子在生产后无质量的可能性。我们还评论了所需的相对论性物种的有效数量的确定目前的哈勃常数的潜在影响。
2020-12-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Diluted Axion Star Collisions with Neutron Stars
稀释轴子星是一种自引力物体,具有与引力平衡的量子压力,在许多QCD模型中被预测为具有轴子或类轴子粒子。它可以在早期宇宙中形成,并构成相当大一部分的暗物质。当磁星经过时,轴子粒子在磁场中转化为光子,从而可以探测到瞬态无线电信号。使用数值和半解析的方法,我们模拟了轴子星的动态演化和估计的比例轴子粒子,可以有一个共振转换在这样的碰撞事件。我们发现,稀释轴子星进入洛希半径后,自引力和量子压力都不重要。自由落体近似可以很好地捕捉单个粒子的轨迹。在一些乐观的宇宙学和天体物理学假设下,QCD轴子参数空间可以通过射电望远镜探测到这样的碰撞事件来探测。
2021-09-02 astro-ph.CO hep-ph
Baryogenesis from Decaying Magnetic Helicity in Axiogenesis
本文提出早期宇宙中轴子动力学错位或与超荷场耦合引发的不稳定性产生螺旋磁场,在电弱相变时高效生成重子不对称性,并给出对Peccei-Quinn场径向质量的理论预言。
2022-11-22 astro-ph.CO hep-ph
Trapped and Unstable: Axion-like particle fragmentation at finite temperature
SISSA International School for Advanced Studies(国际高等研究学院);IFPU, Institute for Fundamental Physics of the Universe(宇宙基础物理研究所);Institute for Theoretical Physics, Goethe University(法兰克福歌德大学理论物理研究所)
本研究探究有限温度下轴子捕获错位模型的共振行为,发现场释放时不均匀性指数放大导致轴子碎裂,产生特征独特的新型引力波源,其信号可增强两个数量级,但对应正确暗物质丰度的参数空间有限。
2025-11-13 astro-ph.CO hep-ph
Dark Photon Dark Matter Produced by Axion Oscillations
尽管人们对以假想的暗光子形式寻找超轻暗物质的兴趣越来越大,并付出了大量努力,但它如何符合一致的宇宙学尚不清楚。已知先前提出的几种暗光子暗物质产生机制具有局限性,至少在某些实验感兴趣的质量范围内。在这封信中,我们探索了一种新的机制,相干振荡的类轴子场可以有效地转移其能量密度的暗光子场通过快子不稳定性。剩余的轴子残骸随后通过与可见部分的耦合而耗尽,只留下暗光子作为暗物质。我们保证了轴子和暗光子的宇宙学与现有的约束条件是一致的。我们发现,该机制适用于广泛的暗光子质量,包括正在进行的实验和拟议的检测技术的兴趣。
2019-05-02 astro-ph.CO 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