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
Improved estimation of radiated axions from cosmological axionic strings
利用一种新的、更有效的整体弦识别方案，在一个有史以来最大的512^3网格的盒子中，用场论模拟的方法分析了轴子弦网络的宇宙演化。标度参数ε =0.87 ± 0.14，与前人的结果一致。使用伪功率谱估计器精确计算能谱，显着减少了平均倒数随动动量的误差。由此对轴子衰变常数的约束导致f_a <= 3*10^11 GeV。我们还讨论了对早期宇宙的影响。
2011-06-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Observational Constraints on Axions as Quintessence in String Theory
我们研究了弦论中轴子模型的观测约束，它可以成功地作为理论的精髓。在这个模型中宇宙的演化对轴子场的初始值很敏感。这个轴子场的初始值控制着宇宙演化与ΛCDM行为的偏离。我们使用最近的联盟2超新星Ia型数据集，以及从BAO测量的数据，移动参数的WMAP测量和$H(z)$测量。利用这些数据，重建的轴子场状态方程即使在2σ置信水平下，与宇宙学常数ω= -1的偏差也极小。这种分析的一个有趣的结果是，人们可以把约束的超对称性破坏尺度使用宇宙学测量假设不同的字符串相关参数的值，反之亦然。
2011-08-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmological bounds on sub-MeV mass axions
质量大于0.7 eV的轴子被宇宙学精确数据排除在外，因为它们提供了太多的热暗物质。虽然对于质量超过20 eV的轴子寿命下降到宇宙的年龄以下，我们表明，宇宙学的排斥范围可以从0.7 eV扩展到300千电子伏，主要是由宇宙氘丰度：轴子衰变将强烈修改重子光子比在BBN相对于一个在CMB去耦。其他的论点包括中微子稀释相对于光子的轴子衰变和光谱CMB扭曲。我们新的宇宙学约束补充了恒星演化极限和实验室界限。
2011-01-21 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological axion bounds
我们讨论了当前宇宙学对轴子的限制，以及未来的敏感性。首先讨论了轴子热暗物质的界限，随后我们讨论了当前和未来的敏感性模型中，轴子发挥冷暗物质的作用，但在Peccei-Quinn对称性没有恢复在重新加热。
2009-10-29 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Implications of Axion-Matter Couplings
轴子和其他轻粒子在物理学中无处不在，超越了标准模型，与普通物质有各种可能的耦合。宇宙学为这些粒子提供了一个独特的探测器，因为它们可以在早期宇宙的热环境中进行任何这种耦合。对于亚MeV粒子，它们的熵必须留下可测量的宇宙学信号，通常通过相对论粒子的有效数量$N_\mathrm{eff}$。在本文中，我们将重新审视从低于电弱尺度的热化的轴子和其他伪Nambu-Goldstone玻色子到标准模型费米子的耦合的宇宙学约束，其中这些耦合是边缘的，并对$ΔN_\mathrm{eff} > 0.027$的辐射密度做出贡献。我们更新的生产率的计算，以消除不必要的近似，并发现这些相互作用的宇宙学界限是互补的天体物理约束，例如从超新星SN 1987 A。我们还提供了定量的解释，这些界限和它们之间的关系。
2022-03-31 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Scaling properties of cosmological axion strings
最近，人们对全球性的轴子弦网络的演化和宇宙学后果产生了兴趣，特别是这些网络是否达到了已知存在于更简单的后藤-南武和阿贝尔-希格斯弦网络中的标度不变标度解的问题。这与确定它们产生的轴子的数量和光谱有关。我们使用正则速度依赖的宇宙缺陷网络演化的单尺度模型来研究这些全球网络的演化，证实了尺度不变演化的偏差的存在，并与最近的数值模拟一致。我们还量化了这些修正的宇宙学影响，并讨论了如何使用该模型来外推具有有限动态范围的数值模拟的结果，以完整的网络宇宙学演化，从而对其后果进行稳健的预测。我们的分析表明，在QCD尺度下，当全球弦网络预计将消失并产生大部分轴子时，每个哈勃补丁的全球弦的数量应该在$ξ\sim4.2$左右，但也强调了需要额外的高分辨率数值模拟。
2018-11-30 astro-ph.CO hep-ph 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
Strong CP problem, axions, and cosmological implications of CP violation
在这个演讲中，我提出了一个教学和历史回顾有关CP对称性。它包括弱CP破坏，强CP问题，“看不见的”轴子和宇宙学，和第二类leptogenesis。
2017-03-21 astro-ph.CO hep-ph
Ultra-light Axions: Degeneracies with Massive Neutrinos and Forecasts for Future Cosmological Observations
弦论的一个普遍预言是存在许多轴子场。最近有人认为，许多这些领域应该是轻的，像众所周知的QCD轴子，导致可观察到的宇宙学后果。本文详细研究了所谓的弦轴宇宙对大尺度结构的影响，重点是密度扰动的形态和演化、宇宙微波背景的各向异性以及遥远星系的弱引力透镜。我们量化的具体影响，将出现从存在的轴子字段和突出可能的简并，可能会出现在大规模中微子的存在。我们特别注意理解不同的物理效果和尺度。然后，我们预测弦轴向宇宙可能会受到约束，并表明，与不同的观察相结合，它应该有可能检测到一小部分的超轻轴子的暗物质的百分之几。
2013-02-18 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Cosmological Problems with Multiple Axion-like Fields
在满足暗物质密度和等曲率涨落的电流约束的同时，要获得QCD轴子，需要对Peccei-Quinn破缺尺度$f_a > 10^{12}$ GeV的暴胀参数或轴子失准角（或两者）进行非最小的微调.为了测量具有许多类轴子场的模型在类似的破缺尺度和质量下的调谐程度，就像在包括QCD轴子的弦理论模型中可能发生的那样，我们引入了一个品质因数${\cal F}$，它测量允许参数空间的分数体积：慢滚参数$ε$和每个轴子失准角的乘积，$θ_0$。对于单个轴子，需要$\mathcal{F} \lesssim 10^{-11}$以避免与观测值冲突。我们表明，微调的$\mathcal{F}$成为指数更极端的情况下，众多的轴子类字段。人择参数是不足以解释微调，因为大部分的人择允许的参数空间被观测排除的限制宇宙微波背景isocurvature模式。因此，这种调整对弦论模型与轻轴子和暴胀宇宙学的兼容性提出了挑战。
2009-11-03 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Cosmological aspects of inflation in a supersymmetric axion model
我们证明了在超对称轴子模型的框架下混合暴胀是自然实现的，当Peccei-Quinn对称性破缺标度在10^{15}GeV左右时，这与WMAP观测结果一致.通过求解后暴胀标量动力学，发现轴子的标量伙伴-因此，轴子相干振荡可能是宇宙中暗物质的主要成分。解决了宇宙学的引力子和轴子问题。
2011-06-29 astro-ph.CO hep-ph
More on cosmological constraints on spontaneous R-symmetry breaking models
本文研究了自发R对称破缺模型，并讨论了由于伪南武-戈德斯通玻色子（R轴子）对该模型的宇宙学约束。为了补充我们以前的工作，我们考虑了具有相对较大质量的R-轴子。在这种情况下，模型参数，R-轴子质量和R-对称性破缺尺度，受到大爆炸核合成和R-轴子衰变和热等离子体产生的引力子的过度生产的限制。我们发现，允许的参数空间是非常小的高再热温度。在低再热温度下，无论R-轴子质量如何，U（1）_R破缺标度fa都被限制在fa <10^{12-14}GeV。
2014-01-14 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Cosmological Properties of a Gauged Axion
我们分析了具有规范反常额外U（1）对称性的标准模型扩展中轴子最显著的宇宙学特征。该模型是通过在反常有效作用量中加入规范不变性的约束而建立的，并在此基础上引入Wess-Zumino反项。这些产生了轴子与规范场的类轴子相互作用和规范移位对称性。假设标量扇区在暴胀后，在电弱相变时获得非微扰势，这导致模型的Stuckelberg场与标量扇区的混合，以及在QCD相变时。我们讨论了可能的机制，顺序失调，这可能会影响这些模型的轴子，并产生，在这种情况下，在两个过渡。我们计算这些粒子对暗物质的贡献，量化它们作为Stuckelberg质量函数的遗迹密度。我们还表明，由于混合U（1）-SU（3）异常的存在，具有单个异常U（1）的模型通常不能解释暗能量。
2010-07-26 astro-ph.CO hep-ph hep-th
The Cosmological Dynamics of String Theory Axion Strings
本研究对比弦理论与场论轴子的早期宇宙行为，发现弦理论轴子通常不形成轴子弦，特殊暴胀下形成的弦因张力大易致暗物质过盛被排除，仅轴子多重态场景可兼容观测并产生可探测引力波。
2023-12-13 astro-ph.CO hep-ph hep-th
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
Cosmological Aspects of the Clockwork Axion
发条轴子是指一系列对齐的多轴子模型，导致Peccei-Quinn对称性破缺的尺度和轴子衰变常数的尺度之间的指数层次。发条机制可以将Peccei-Quinn尺度粒子带到对撞机实验的范围内，在这项工作中，我们感兴趣的是宇宙学观测是否对发条机制轴子施加了任何新的约束。如果宇宙再加热到超过佩切-奎因破缺的尺度，那么随之而来的宇宙学相变会产生一个拓扑缺陷网络，它的行为与通常的轴子模型中的弦壁网络有质的不同。我们估计的遗迹丰度的轴子暗物质和暗辐射所产生的轴子发射的缺陷网络，我们推断的Peccei-Quinn打破的规模和质谱的约束。我们发现缺陷对轴子暗物质遗迹丰度的贡献一般可以忽略不计。然而，当Peccei-Quinn对称性破缺的尺度大于$100 \, {\rm TeV}$时，相对论性轴子暗辐射的缺陷产生变得显著，而对$ΔN_{\rm eff}$的测量为这类模型提供了新的探索.
2018-03-19 astro-ph.CO hep-ph
Axion Miniclusters in Modified Cosmological Histories
如果导致轴子暗物质场起源的对称性破缺发生在暴胀结束之后，并且永远不会恢复，那么轴子场中的过密度就会坍缩，形成文献中称为轴子微团的致密物体。对典型微星系团质量和半径的估计强烈依赖于轴子振荡开始的宇宙学细节。在这项工作中，我们研究的性质和现象的miniclusters在不同的宇宙历史，并发现它们可以改变许多数量级。我们的研究结果对当前和未来的实验研究有直接的影响，并且在发现的情况下，可以用来了解大爆炸核合成之前的宇宙膨胀。
2019-12-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Electroweak Quintessence Axion as Dark Energy
我们讨论了电弱精粹轴子作为暗能量的候选者，考虑到观测以及量子引力的约束。
2019-10-19 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Relaxing the Cosmological Moduli Problem by Low-scale Inflation
我们表明，宇宙学丰富的弦轴子是远远小于天真的估计，如果哈勃尺度的通货膨胀，$H_{\rm inf}$，是足够低（但仍然可以远远高于轴子质量），如果通货膨胀持续足够长的时间。这是因为弦轴子的初始失准角服从Bunch-Davies分布，在势能最小值处达到峰值。因此，由弦轴子引起的宇宙学模量问题可以通过低尺度暴胀而得到显著放松，并且在很宽的质量范围内满足天体物理和宇宙学界限，而无需对初始失准角进行任何微调。具体而言，具有其衰减常数$f_ϕ= 10^{16}$ \，GeV的轴子满足$H_{\rm inf} \lesssim 10{\rm\,keV}- 10^{6}$ \，{ \rm GeV}的$10^{-18}{\rm \, eV} \lesssim m_ϕ\lesssim 10{\rm\,TeV}$上的界限。我们还讨论了多个轴子和QCD轴子的情况。
2019-04-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Thermal axions with multi-eV masses are possible in low-reheating scenarios
根据最新的宇宙学观测结果，我们修正了低再热宇宙学方案中强子轴子的宇宙学质量边界，再热温度为$T_{\rm RH}~\le 100$ MeV。在这种情况下，中微子退耦将不受影响，而热轴子遗迹丰度被抑制。此外，在低再热温度的情况下，轴子的温度更低，因此其丰度的界限可能会放宽。由于这两个事实，宇宙学对轴子的质量限制被放宽了。使用国家的最先进的宇宙学数据和表征轴子-π介子相互作用的手征微扰理论的领导秩序，我们发现在标准情况下的轴子质量绑定$m_a < 0.26$ eV。然而，质量为$m_a \simeq 1$ eV或更重的轴子，将允许再加热温度为$T_{\rm RH} \lesssim 80$ MeV。多电子伏的轴子将超出目前和计划中的太阳轴子日光望远镜的质量灵敏度，需要新的实验方法来检测。
2021-07-16 astro-ph.CO hep-ph
Axion Flux Monodromy Discharges Relax the Cosmological Constant
本文提出利用受场高次幂调制的线性轴子单值性模型实现通量释放机制，证明在轴子有效解耦时可将宇宙学常数弛豫至极小有限值，从而重现暗能量尺度并解释物质区相变的纳入。
2023-10-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmological constraints on spontaneous R-symmetry breaking models
我们研究了来自于伪南武-戈德斯通玻色子（R-轴子）的宇宙学效应对自发R-对称性破缺模型的一般约束。它们在早期宇宙中大量产生，可能会引起一些宇宙学问题。我们专注于相对长寿的R-轴子，并发现在很宽的参数空间范围内，模型受到严格的约束。特别地，质量小于1 MeV的R-轴子通常被排除在相对高的再加热温度$T_R>10$ GeV之外。
2013-04-30 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
Optical Lensing by Axion Stars: Observational Prospects with Radio Astrometry
轴子和类轴子粒子（ALP）是一些最有动机的暗物质（DM）候选者。在某些情况下，早期宇宙中的大轴子波动可以坍缩形成称为轴子团的密集结构。密度轴子团是一种亚稳态，称为介子。在本文中，我们提出了一类新的可观测量，利用轴子的光子耦合。这种耦合的结果是，轴子团的作用就像一种非均匀折射光学介质--透镜--会导致入射电磁波的反常色散。轴子团对电磁波的散射，清楚地将这种透镜效应与引力透镜区分开来。在背景射电源前经过的轴子团块充当透镜，并导致明显的位置偏移，这可能会被即将到来的平方公里阵列（SKA）的高精度射电天体测量任务发现。我们讨论的敏感性SKA透镜效应在各种轴子晕模型。虽然引力微透镜测量对以不发光天体形式存在的DM的数量有很强的限制，但对质量范围为$[10^{-14}, 10^{-11}] M_\odot$的天体却无法做到这一点。我们发现，在很宽的参数空间范围内，SKA将是敏感的光学透镜在质量范围内，目前不受微透镜调查的光子。
2021-05-20 astro-ph.CO hep-ph
Novel cosmological bounds on thermally-produced axion-like particles
利用宇宙微波背景谱和重子声学振荡的数据，我们限制了热产生的类轴子粒子（这里是轴子）与光子和胶子的耦合。轴子具有明确的软破缺质量项，它是在早期宇宙中由轴子-光子或轴子-胶子过程热产生的，解释了该领域的最新进展。我们推导出迄今为止在$10^{-4} \lesssim m_a/{\rm eV} \lesssim 100$考虑的质量范围内最严格的轴子-胶子耦合的边界，取代了SN 1987 A的现有边界。轴子-光子耦合的界限与CAST合作的轴子质量$m_a \gtrsim 3\,$ eV的结果具有竞争力。鉴于未来CMB-S4任务的敏感性，我们对预测范围进行了评论。
2022-07-04 astro-ph.CO hep-ph
Improved cosmological constraints on axion-lepton interactions
Institute of Theoretical Physics, Faculty of Physics, University of Warsaw（华沙大学物理学院理论物理研究所）
基于热轴子丰度的最新计算，结合Planck CMB和DESI DR2 BAO数据，改进了对轻子味守恒和轻子味破坏轴子耦合的宇宙学约束，显著增强了质量大于0.1 eV的轴子界限。
2026-06-03 astro-ph.CO hep-ph
Observable dark radiation from cosmologically safe QCD axion
我们提出了一个QCD轴子模型，它避免了宇宙学畴壁问题，引入了一个整体的SU（3）_f族对称性，我们嵌入了不需要的PQ离散对称性。SU（3）_f和PQ对称性的自发破缺预言了八个NG玻色子和轴子，它们都对宇宙中的暗辐射有贡献。从暗辐射的标准模型预测的推导可以通过未来对CMB波动的观测来观察。我们的模型还预测了一个相当大的异国情调的K介子衰变率，这是勉强符合目前的对撞机数据，并将通过未来的对撞机实验进行测试。
2015-04-16 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Relaxation through the Dark Axion Portal
暗轴子入口是类轴子粒子与暗光子的耦合，暗光子与可见光子动力学混合。我们展示了这个门户网站，当应用到松弛，可以导致宇宙学松弛的弱尺度使用暗光子生产。关键的逆反应机制涉及施温格效应：只要电弱对称性未被破坏，携带暗毫电荷的无质量标准模型费米子的施温格产生会抑制暗光子的产生。一旦电弱对称性被打破，费米子获得质量，抑制被解除。一个增强的暗光子耗散，然后陷阱的弛豫在一个自然的小弱标度。因此，我们的模型提供了一个新的联系之间的现象学暗轴子门户，暗光子，希格斯质量的层次问题。
2022-07-08 astro-ph.CO hep-ph
Axion mass prediction from adaptive mesh refinement cosmological lattice simulations
本研究借助自适应网格细化开展高精度轴子弦网络模拟，测得轴子辐射谱标度不变性精度达1%，预测轴子质量约45-65μeV，且畴壁网络坍缩或使其升至300μeV，为轴子暗物质研究与实验提供依据。
2024-12-11 astro-ph.CO hep-ph hep-th
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
Axion string signatures II: A cosmological plasma collider
我们研究了QCD轴子弦和超轻轴子弦（轴向弦）的早期和晚期时间特征。我们专注于电荷沉积到轴子弦从电磁场和随后的新的中和机制，由于束缚态的形成。虽然早期的宇宙特征似乎不太可能，但有大量的晚期特征。穿过星系的轴子弦获得了巨大的电荷密度，这些电荷被致密的束缚态标准模型粒子等离子体中和，形成一维“原子”。弦上的带电波包，以及弦外稠密的等离子体，都以接近光速的速度沿弦传播。这些高能等离子体包与质心能量高达$10^{9}$ GeV的碰撞。这些碰撞的光度可以比太阳光度大7个数量级，并且持续数千年，即使它们发生在宇宙学上很远的地方，也可以在射电望远镜上看到。新的观测量是互补的超轻轴子弦的CMB观测量，最近提出的，是敏感的一个类似的动机参数范围。
2021-05-26 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Robust cosmological constraints on axion-like particles
质量在keV-GeV范围内的类轴子粒子对我们宇宙的宇宙学演化有着深远的影响，特别是对大爆炸核合成过程中产生的轻元素的丰度。由此产生的限制是在实验室中的搜索的补充，并提供有关参数空间中的给定点的有效性的有价值的额外信息。一个潜在的缺点是，改变宇宙历史可能会削弱甚至完全使这些边界无效。因此，本文的主要目的是评估的keV-GeV区域的轴子粒子的宇宙学约束的鲁棒性，允许各种额外的影响，可能会削弱标准的情况下的界限。利用最新的原始丰度的测定以及来自宇宙微波背景的信息，我们发现，虽然边界确实可以被削弱，非常相关的鲁棒约束仍然存在。
2020-06-08 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Moduli and Non-perturbative Production of Axions
本研究针对宇宙学模主导早期宇宙的非标准历史，通过有效场论、半解析分析与数值模拟，探究模-轴子耦合系统的演化，分析快子与参量共振增强的轴子产生对模问题、暗辐射及暗物质参数空间的影响，并讨论高阶算符与弦论大体积场景的关联。
2025-06-12 astro-ph.CO hep-ph
Improved hot dark matter bound on the QCD axion
我们加强了宇宙学的束缚的轴子质量，通过求解动量依赖的玻尔兹曼方程的轴子-π介子散射，并通过使用一个唯象的生产率来自π介子-π介子散射数据，克服了手征微扰理论的故障。利用现有的宇宙学数据，我们得到了$m_a\leq 0.24~\text{eV}$。为了进一步提高边界和利用即将到来的宇宙学调查的范围，需要可靠的非微扰计算以上的QCD交叉。
2022-11-07 astro-ph.CO hep-ph
Bounding axion dark energy
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学）；INFN-Padova（意大利国家核物理研究所帕多瓦分部）
研究周期势下的标量理论宇宙解，提出轴子质量参数和衰减常数的解析边界，应用于 thawing quintessence 模型，结合观测数据和量子引力约束，推翻轴子质量与哈勃尺度的矛盾。
2026-09-10 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Dark Radiation production in axion misalignment mechanisms and the cosmological tensions
本文研究轴子错位机制中暗辐射的产生，用贝叶斯方法约束ALP参数空间，并探讨其能否缓解哈勃常数张力和S8差异等宇宙学异常。
2024-11-11 astro-ph.CO hep-ph
Axion Dark Matter and Cosmological Parameters
我们观察到，大爆炸核合成（BBN）后，但在重组前的光子冷却可以消除观测值和理论预测值之间的冲突的原始丰度的$^7$锂。这种冷却通常难以实现。然而，最近认识到暗物质轴子形成玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）提供了一种可能的机制，因为冷得多的轴子可能与光子热接触。这一提议预测了宇宙微波各向异性谱测量到的高有效中微子数。
2012-01-23 astro-ph.CO hep-ph
Relic Density of Axion Dark Matter in Standard and Non-Standard Cosmological Scenarios
在这篇硕士论文中，我们研究了轴子暗物质通过所谓的错位机制的生产，考虑到在此期间，宇宙是由一种新的流体，不同于辐射。我们进行了非常详细的分析，今天的振荡温度和遗物密度，分析和数值。我们的研究结果表明，一方面，振荡温度受到非标准宇宙学的强烈影响，影响遗迹密度，另一方面，轴子的能量密度被稀释，因为新流体最终衰变，将熵注入热浴。我们发现预测的参数空间的轴子暗物质为不同的非标准宇宙学，我们展示了它的影响的耦合的轴子到两个光子。
2021-06-14 astro-ph.CO hep-ph
Axions in the Early Universe
强CP问题的Peccei-Quinn解提供了一个富有宇宙学意义的框架。如果早期有热浴，热轴子的产生是不可避免的。浴粒子的散射和衰变过程可以将相对论性轴子倾倒在原始等离子体中，如果产生大量的粒子，它们可以在探测早期和晚期宇宙的宇宙学观测中留下可观测的特征。我们提出了最近的和显着的改进计算的轴子生产率为不同的情况下，并应用这些结果来预测生产的轴子的丰度。最后，我们提供更新的宇宙学界限的QCD轴子质量。
2022-10-07 astro-ph.CO hep-ph
Trans-Planckian censorship constraints on properties and cosmological applications of axion-like fields
本研究利用TCC约束N个类轴子场的衰变常数，得出f√N ≲ 0.6M_pl界限，证明该约束使轴子暴胀模型失效，但轴子quintessence模型在特定初始条件下仍与观测兼容。
2023-10-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Long-term dynamics of cosmological axion strings
我们提出了新的宇宙学轴子弦，这是比以前的8倍长的场论模拟的结果。我们在Hiramatsu et al.（2011）中对物理弦的模拟进行了改进，增加了网格数和分析方法。这些改进使我们能够在有史以来最长的时间内监测表征物理弦网络动力学的各种量。我们的扩展模拟表明，全球字符串不根据缩放解决方案，但其缩放参数，或每个地平线的长字符串的数量，随时间的推移而增加。此外，我们还发现标度参数对Peccei-Quinn对称性的破缺标度具有非平凡的依赖性。
2018-08-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Dynamics of Long-lived Axion Domain Walls and Its Cosmological Implications
本文通过三维晶格模拟与解析模型拟合研究长寿命轴子畴壁网络，识别能量损失机制、计算辐射轴子能谱，并评估其对QCD轴子和ALP暗物质丰度的影响。
2023-09-27 astro-ph.CO hep-lat hep-ph
Cosmological perturbations in a generalised axion-like dark energy model
本文分析了广义类轴子暗能量场的宇宙学演化及其扰动，采用多流体和非绝热流体方法求解自辐射主导期以来的扰动，并探讨了模型中受观测青睐的参数。
2025-01-28 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Early-Universe Simulations of the Cosmological Axion
超致密暗物质（DM）迷你晕的质量等于或低于$10^{-12}$ $M_\odot$出现在轴子DM模型中，其中Peccei-Quinn（PQ）对称性在膨胀后被破坏。微晕是由非平凡的轴子自相互作用在轴子弦和畴壁网络坍缩期间和之后不久产生的密度扰动引起的。我们进行高分辨率的模拟，这种情况下开始在时代之前的PQ相变和结束在物质辐射平等。我们的原始扰动产生的频谱特征和评论的影响，努力检测轴子DM。我们还测量了DM密度在不同的模拟质量，并认为正确的DM密度得到$m_a = 25.2 \pm 11.0$ $μ\mathrm{eV}$。
2019-06-03 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological effects of Peccei-Quinn symmetry breaking on QCD axion dark matter
研究了Peccei-Quinn显式破缺对QCD轴子暗物质的宇宙学效应。我们发现，轴子丰度的减少或增加显着取决于初始位置，即使是一个微小的Peccei-Quinn打破，满足实验约束的中子电偶极测量。如果轴子首先开始围绕一个错误的真空振荡，并且如果它被困在那里，直到由于非微扰QCD效应导致假真空消失，它的丰度会显著增加，并且与衰变常数$f_a$无关，正如[JHEP 06（2016）150]中首次指出的那样。因此，即使衰变常数接近恒星冷却参数的下限，由俘获机制产生的轴子也可以解释暗物质。另一方面，如果轴子开始在接近低能真空的势能最小值附近振荡，由于绝热抑制机制，它的丰度会显著降低。这放宽了轴子窗口的上限，使$f_a$的值更大。我们还讨论了如何轴等曲率扰动的Peccei-Quinn破碎项的影响，并表明它可以被抑制在这两个政权。特别地，与传统场景相比，对于$f_a \lesssim 10^{11}{\rm GeV}$，膨胀尺度上的等曲率界限被放宽了许多数量级。
2022-01-03 astro-ph.CO hep-ph
New cosmological bounds on axions in the XENON1T window
受XENON 1 T实验最近检测到的过量事件的可能的$\sim$ eV质量太阳轴子解释的启发，我重新审视并更新了对该质量范围内轴子的宇宙学约束。我发现，在允许的XENON 1 T质量窗口（DFSZ轴子为0.1 - 4.1 eV，KSVZ轴子为46 - 56 eV）中，只有0.1 - 0.35 eV在95%的置信度下仍然可行。如果一个0.35 eV的DFSZ轴子存在，它将通过下一代CMB-S4实验通过两个独立的物理效应在${\sim}7σ$被检测到。相反，即使CMB-S4与未来的DESI测量相结合，也不能保证可以检测或排除0.1 eV质量的轴子。只要再加热温度不太低，$ΔN_{\rm eff}<0.027$的未来极限可能会排除任何质量范围很广的类轴子粒子，或者，未来对这种类轴子粒子的宇宙学探测可能会成为再加热温度最严格的现有观测下限。
2020-07-15 astro-ph.CO
Cosmologically allowed regions for the axion decay constant $F_a$
如果Peccei-Quinn对称性在暴胀过程中已经被破坏，那么轴子的衰变常数$F_a$可以在$10^{11}$ GeV到$10^{18}$ GeV之间的一个很宽的区域内，因为轴子是主导暗物质。然而，在这种情况下，轴子引起了严重的宇宙学问题，等曲率扰动问题，这严重限制了膨胀期间的哈勃参数。当Peccei-Quinn标量场在暴胀过程中取较大值$\sim M_{p}$（普朗克尺度）时，该约束被放松.本文指出，当Peccei-Quinn标量场在暴胀过程中取$\sim M_{p}$时，对于给定的张量标量比$r$，衰减常数$F_a$的允许区域缩小到一个相当窄的区域.例如，如果在将来的测量中将$r$的比值确定为$r \gtrsim 10^{-3}$，则我们可以预测畴壁数$N_\text{DW}=6$的$F_a \simeq (0.1-1.4)\times 10^{12}$ GeV。
2019-09-18 astro-ph.CO hep-ph
New cosmological bounds on hot relics: Axions $\&$ Neutrinos
如果在自然界中实现，轴子可以在早期宇宙中通过热过程大量产生，有助于热遗迹的质量-能量密度。根据最近的宇宙学观测，我们分析了两个不同的热过程中的一个现实的混合热暗物质的情况下，其中也包括大量的中微子。考虑到轴子-胶子热化通道，我们导出了热遗迹质量$m_a < 7.46$ eV和$\sum m_ν< 0.114$ eV的最大限制边界，它们都是在95% CL;在研究轴子-π介子散射时，在不假设轴子-π介子相互作用的任何特定模型和保持手征微扰理论的有效范围内，我们的最大约束边界改进为$m_a<0.91$ eV和$\sum m_ν< 0.105$ eV，两者均为95% CL。有趣的是，在这两种情况下，中微子的总质量都非常接近中微子质量排序的预测。如果未来的地球双β衰变和/或长基线中微子实验发现自然质量排序是颠倒的，这可能会排除目前允许的热轴子窗口的广泛区域。因此，我们的研究结果强烈支持多信使搜索的轴子和中微子的属性，连同他们的预期灵敏度的联合分析。
2021-05-26 astro-ph.CO hep-ph
Adiabatic suppression of the axion abundance and isocurvature due to coupling to hidden monopoles
弦论预言了许多被称为模和轴子的光场，由于暴胀后相干振荡的过度产生，导致了宇宙学问题。其中一个突出的解决方案是绝热抑制机制，然而，在轴子的情况下，这是不平凡的，因为它需要一个大的有效质量项，作为时间的函数减少。本文件有两个目的。首先，我们给出了一种在绝热抑制机制下计算一般情况下相干振荡宇宙学丰度的解析方法。其次，我们将我们的方法应用到一些具体的例子中，包括一个弦轴子获得一个大的有效质量，由于威滕效应的存在下隐藏的单极子。
2017-08-21 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Cosmological production of ultralight dark matter axions
质量为$m_a\sim 10^{-22}\,\textrm{eV}$的标量场的高密度低能激发可以代表宇宙的全部暗物质含量，并缓解小尺度上标准宇宙学场景中的一些紧张局势。这种{ \it模糊暗物质}成分通常被认为是物质扇区中新的类轴子粒子的结果，但为了简单起见，它通常被建模为一个简单的自由二次场。在本文中，我们考虑如何修改宇宙学约束时，瞬子势和温度依赖的质量的影响。目前的等曲率和张量边界证实，这个粒子应该形成之前的低尺度膨胀期与哈勃参数$H_I\lesssim 2.5\times 10^{12}\,\textrm{GeV}$，根据以前的自由场分析结束。轴子衰变常数$f_a$是确定轴子耦合的重要参数，它出现在瞬子势中，决定着遗迹的丰度、星系核对轴子辐射的稳定性以及模糊暗物质的直接搜索。如果轴子质量是$T$独立的，我们发现，$f_a\gtrsim 10^{16}\,\text{GeV}$是必要的，以达到所观察到的遗物密度没有微调的初始条件，而对于一个$T$依赖的情况下，这个界限可以降低一个数量级。然而，瞬子势中的非谐性，主要是一个$T$依赖的质量，可以延迟场振荡的发生，导致更大的物理抑制尺度的物质功率谱为一个固定的零温度轴子质量。这可能有利于一个字符串或意外的轴子出现在一个强耦合规范部门，如果这个模型需要提供大的星系晕核心，同时满足观测约束宇宙结构的形成。
2017-02-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Axion-CMB Scenario in Supercooled Universe
Axion-CMB方案是用QCD轴子\cite{Iso:2020pzv}的原始涨落解释宇宙微波背景辐射温度各向异性的一种有趣的可能性。在这种情况下，辐射的波动是由轴子和辐射之间的能量交换产生的，这导致了原始轴子波动和CMB各向异性之间的相关性。因此，宇宙学观测严格地限制了轴子模型和宇宙的早期历史。特别是，我们需要一个大的能量分数$Ω_A^{}$的轴子在QCD相变，但它必须变得很小，在目前的宇宙，以抑制等曲率功率谱。实现这种情况的自然宇宙学方案之一是热膨胀，它可以充分稀释轴子丰度。热膨胀发生在各种模型中。本文研究了一个带有QCD轴子的经典共形（CC）$B$ - $L$模型.在这个模型中，早期宇宙经历了一个漫长的$B$ - $L$和电弱对称的过冷时代，热膨胀自然发生。因此，它可以是一个很好的候选人的轴子CMB的情况。但在原来的CC $B$ - $L$模型中，QCD跃迁处的轴子丰度是不足的.为了克服这种情况下，我们通过引入$N$标量场$S$（无论是大质量或无质量）扩展模型，并考虑一个新的宇宙学历史，使$O(N)$和$B$ - $L$部门几乎分别在早期宇宙的演变。我们发现，对于无质量的$S$场，通常是$N\sim 10^{19}$和质量在$5-10$ TeV附近的$L$规范玻色子，在某些参数区域内，轴子-CMB方案的所有必要条件都能满足.
2021-05-14 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Extreme Axions Unveiled: a Novel Fluid Approach for Cosmological Modeling
本文结合Generalized Dark Matter模型与axionCAMB有效流体方法，提出极端轴子的新型宇宙学流体建模框架，发现高初始场角可显著削弱Ly-α森林对轻轴子比例的约束。
2024-06-11 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
