Axions : Theory and Cosmological Role
本文综述了轴子宇宙学的最新进展。主题包括：轴子冷暗物质、轴子的拓扑缺陷、轴子等曲率微扰及其非高斯性和超对称轴子模型中的轴子/轴子宇宙学。
2013-01-07 astro-ph.CO hep-ph
Isocurvature forecast in the anthropic axion window
我们探讨了宇宙学对等曲率波动幅度的敏感性，这种波动是由“人择窗口”中的轴子引起的，在“人择窗口”中，轴子衰减常数f_a >> 10^12 GeV，初始失准角θ_i << 1。在一个最小的Lambda-CDM宇宙学中，扩展了次主导尺度不变的等曲率波动，现有的数据将等曲率分数限制在95% C. L.时的α < 0.09。如果没有信号出现，普朗克可以将这一限制提高到0.042，而最终的CMB探测器仅受温度和E偏振的宇宙变化的限制，可以达到0.017，比目前的极限高出约5倍。在f_a和H_I（暴胀期间的哈勃参数）的参数空间中，我们确定了一个小区域，在这个区域中轴子的探测仍然在现实宇宙学探测的范围之内。
2009-06-16 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Perturbations of Extreme Axion in the Radiation Era
研究了轴子模型在极端初始条件下的亚视界扰动，其中初始轴子角开始于势能极大值附近。这项工作的重点是一些新的功能，发现在极端轴子模型，但没有在自由粒子模型。一个特别新颖的新特征是在某些波数范围内相对于CDM模型的光谱过剩，在那里过剩可能是如此之大，以至于超过$z=10$的高红移宇宙的景观可以显着改变。对于粒子质量$10^{-22}$ eV的轴子，这个波数范围对应于几倍于$10^9-10^{10} M_\odot$的第一个星系。我们证明了亚视界扰动是精确描述的马修方程和参数不稳定性，这解释了这一新的功能。实际上，轴子模型并不是一个特殊的模型，在许多标量场模型中的微扰都具有类似的性质。
2017-05-07 astro-ph.CO
Cosmological Structure Formation and Soliton Phase Transition in Fuzzy Dark Matter with Axion Self-Interactions
利用数值模拟研究了具有吸引自相互作用的模糊暗物质（FDM）中宇宙结构的形成。如果FDM玻色子是一个超轻的轴子，它具有很强的CP破缺尺度（衰变常数），那么这种SI就会出现。虽然很弱，但吸引SI可能足够强以抵消量子“压力”并改变结构形成。模拟结果表明，SI可以增强小尺度结构的形成，当孤子核超过临界质量时，孤子核发生相变，从稀孤子转变为密孤子。
2023-01-24 astro-ph.CO
Revisiting the stochastic QCD axion window: departure from equilibrium during inflation
本文重新审视QCD轴子作为暗物质的随机窗口，发现轴子在暴胀期间偏离平衡分布，从而修正了可行的参数范围。
2024-05-24 astro-ph.CO 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 constraints on axionic dark radiation from axion-photon conversion in the early Universe
轴子在弦论中似乎无处不在，其中一些可能是由重标量衰变产生的非热，有助于暗辐射。研究了在原初磁场存在下，由轴子暗辐射通过轴子-光子转换产生的光子的各种宇宙学效应，导出了轴子-光子耦合与原初磁场结合的严格约束.
2013-08-28 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
Opening up a window on the postinflationary QCD axion
本研究提出PQ标量场与暴胀子的非可重整相互作用可让PQ对称性在暴胀期间保持不破缺，为$f_a>H_I$的暴胀后QCD轴子暗物质打开新参数空间，还可通过早期物质主导进一步扩大参数范围。
2023-06-12 astro-ph.CO hep-ph
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
Axion-like particle imprint in cosmological very-high-energy sources
来自遥远耀变体的甚高能量（VHE）光子的发现表明，在通过河外背景光（EBL）吸收校正之后，它们的光谱在最高能量处存在平坦甚至向上的现象，这不能容易地用标准框架来解释。在这里，它表明，这个问题的一个可能的解决方案是通过假设类轴子粒子（ALP）的存在与质量~1 neV。利用VHE能区已知的最高红移耀变体3C 279、3C 66 A、PKS 1222+216和PG 1553+113的观测数据对ALP方案进行了检验。在所有情况下，更好地拟合观察到的光谱时，发现包括ALP，而不是考虑EBL只。有趣的是，光子/ALP转换的相当相似的临界能量也来自，独立的源考虑。
2011-11-02 astro-ph.CO
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
Opening the 1$\,$Hz axion window
质量为$m_ϕ\sim 10^{-15}$ eV的类轴子粒子（ALP）以频率$\sim$ 1 Hz振荡。这个质量尺度存在于天体物理学约束的一个开放窗口中，自然地出现在弦/M理论的大统一（GUT）中。然而，由于大统一体尺度的衰变常数，这样的ALP过于封闭宇宙，不能解决强CP问题。本文提出了一个双轴子模型，其中1 Hz ALP构成了暗物质（DM）的全部，而QCD轴子解决了强CP问题，但对DM残余密度的贡献可以忽略。实现正确的遗物密度的机制依赖于低尺度的通货膨胀（$m_ϕ\lesssim H_{\rm inf}\lesssim 1$兆电子伏），我们提出了明确的实现这样一个模型。导致1 Hz轴子的轴子势的尺度产生了一个强CP相的值，该相在$\barθ_{\rm QCD}\sim 10^{-12}$周围振荡，在质子储存环电偶极矩实验的范围内。1赫兹的轴子也在不久的将来实验室和天体物理学研究的范围内。
2020-12-09 astro-ph.CO hep-ex 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
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
QCD Axion Window and False Vacuum Higgs Inflation
如果暴胀过程中的哈勃参数$H_{\rm inf}$低于QCD尺度，并且暴胀持续足够长的时间，那么QCD轴子的丰度就会被抑制。我们表明，严格的上限的通货膨胀规模可以显着放宽，如果永恒的旧通货膨胀是由标准模型希格斯场被困在一个假真空在大字段值。具体地，如果假真空位于中间标度以上，则$H_{\rm inf}$可以大于$100\,$ GeV。我们还讨论了从假真空隧穿到电弱真空后的慢卷暴胀。
2020-01-13 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmological abundance of the QCD axion coupled to hidden photons
我们研究了量子色动力学轴子与隐光子耦合的宇宙学演化。对于一个中等强度的耦合，轴子场的运动导致了由快子不稳定性产生的隐藏光子的爆炸性产生。我们使用晶格模拟来评估QCD轴子的宇宙学丰度。在这样做时，我们将产生的隐藏光子的反作用的轴子动力学，这在非线性政权变得显着。我们发现，轴子丰度抑制最多${\cal O}(10^{2})$的衰变常数$f_a = 10^{16}$ GeV，相比，没有耦合的情况下。对于足够大的耦合，QCD轴子的运动变得强烈阻尼，结果，轴子丰度增加。我们的结果表明，在一定范围内的耦合到隐藏的光子的轴子衰变常数的宇宙学上限可以放宽几百。
2018-04-11 astro-ph.CO hep-ph hep-th
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
Robustness of cosmological axion mass limits
我们目前的宇宙学边界上的热轴子质量在一个扩展的宇宙学的情况下，原始功率谱的标量扰动不同于通常的幂律形状预测的最简单的通货膨胀模型。功率谱的建模，而不是通过一个“分段三次埃尔米特插值多项式”（PCHIP）。当使用宇宙微波背景测量与其他宇宙学数据集相结合，热轴子质量的约束只略有下降。从2013年普朗克星系团目录中增加对星系数计数的$σ_8$和$Ω_m$的测量放宽了对热轴子质量的限制，稍微有利于$\sim 1$ ~eV的轴子质量，而不管原始功率谱采用的模型如何。如果在我们的数值分析中也将三个活动中微子质量之和视为自由参数，因为这两个热遗迹的质量之间有很强的相关性。
2015-06-04 astro-ph.CO astro-ph.HE
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
The experimental challenge of detecting solar axion-like particles to test cosmological ALP-photon oscillation hypothesis
我们认为可能的实验测试最近的假设表明，TeV光子生存的对生产相互作用与河外背景光在宇宙学距离转换成类轴子粒子（ALP）在银河系磁场。我们表明，拟议的巨型超低背景闪烁探测器甚至将有一个困难的时间达到目前的CAST灵敏度，这是一个到两个数量级的灵敏度比必要的ALP光子振荡假设的有意义的测试。潜在的替代测试进行了简要讨论。
2010-10-04 astro-ph.CO astro-ph.HE
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
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 Perturbations of Axion with a Dynamical Decay Constant
一个具有依赖于时间的衰变常数的QCD轴子已经被认为能够适应高尺度暴胀，而不会在CMB尺度上产生拓扑缺陷或太大的等曲率扰动。我们指出，动力学衰减常数也有增强小尺度轴子等曲率扰动的效果。增强的轴子扰动甚至可以超过轴子势的周期性，从而导致轴子畴壁的形成。与已被充分研究过的轴子壁不同，由增强微扰产生的壁不受宇宙弦的约束，因此会过度封闭宇宙，而与轴子势上简并真空的数量无关。
2016-08-26 astro-ph.CO hep-ph hep-th
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 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
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
Isotropic cosmological model with aetherically active axionic dark matter
在扩展爱因斯坦-以太-轴子理论中，通过两个引导函数实现两级以太控制，获得含轴子暗物质的各向同性宇宙模型的精确解，并详细分析四个可解子模型。
2024-01-29 astro-ph.CO gr-qc
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
Observable windows for the QCD axion through $N_\text{eff}$
我们发现，当QCD轴子直接耦合到夸克与$c_q/f \, \partial_μa \, \bar{q} γ^μγ^5 q$，如在DFSZ模型中，在早期宇宙中的温度$1 \, {\rm GeV}\lesssim T \lesssim 100 \,{\rm GeV}$的主导生产机制是通过$q \bar{q} \leftrightarrow g a$和$q g \leftrightarrow q a$，其中$g$是胶子。不同的重夸克$q_i$可以产生一个热轴子背景，它在温度$T_i$处发生变化：（1）顶夸克在$T_t \lesssim 100 \, {\rm GeV}$，$f/c_t \lesssim 3\times 10^8 {\rm GeV}$ ;（2）底夸克在$T_b \lesssim m_b$，$f/c_b\lesssim 8\times 10^{7} {\rm GeV}$ ;（3）魅夸克在$T_c \lesssim m_c $，$f/c_c \lesssim 5\times 10^{7} {\rm GeV}$。这些情况中的每一种都对应于在$0.027 \leq ΔN_\text{eff}\leq 0.031$、$0.037 \leq ΔN_\text{eff} \leq 0.039$和$0.039 \leq ΔN_\text{eff}$分别给出的窗口中对相对论自由度的有效数目的…
2018-05-17 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Cosmological Higgs-Axion Interplay for a Naturally Small Electroweak Scale
最近，一种新的机制，产生一个自然的小电弱标度已被提出。它利用了希格斯粒子与类轴子场的耦合，以及早期宇宙中轴子解开希格斯粒子质量的动力学屏蔽的漫长时代。我们提出了一个新的实现这个想法的新特点，它没有留下任何新的物理学的迹象，直到一个相当大的规模，10^9 GeV，除了两个非常轻和弱耦合的轴子样的状态。其中一个标量可能是一个可行的暗物质候选者。这种宇宙学上的希格斯介子与轴子的相互作用可以用许多实验策略来检验。
2015-06-30 astro-ph.CO hep-ph hep-th
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
Axion Isocurvature Collider
宇宙对撞机可以保存来自非常高能量尺度的相互作用的信息，并将它们印在宇宙学观测值上。利用宇宙学扰动双谱的压缩极限，可以直接从宇宙微波背景辐射（CMB）等观测数据中提取中间粒子的信息。因此，宇宙对撞机可以成为检验理论模型的强大而有前途的工具。本文研究了极轻的轴子（包括QCD轴子和类轴子粒子），认为它们构成了晚期的冷暗物质（CDM）。我们对这种轴子的暴胀等曲率模式很感兴趣，并试图弄清楚轴子扰动如何表现为等曲率对撞机。我们工作出一个例子，中间粒子是玻色子，并表明，在压缩极限，它是可能的，以提供一个时钟信号的显着幅度，具有特征的角度依赖性。这为等曲率双谱时钟信号的贡献和分析提供了一个通道，我们希望在未来的实验中看到。
2021-03-10 astro-ph.CO hep-ph hep-th
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
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
Sublunar-Mass Primordial Black Holes from Closed Axion Domain Walls
我们研究了原始黑洞（PBH）的形成从封闭域壁（DWs）的崩溃，自然出现在QCD轴子模型附近的QCD尺度与主弦壁网络。通过渗流理论确定了封闭DW的粒径分布，并由此进一步得到PBH的质量分布和丰度。对PBH丰度的各种观测约束反过来也约束轴子参数。我们的模型更喜欢轴子质量的meV规模（$f_{a}\sim 10^{9}$ GeV）。相应的PBH在月下质量窗口$10^{20}$ - $10^{22}$ g中（即，$10^{-13}$ - $10^{-11}M_{\odot}$），是对暗物质（DM）有重大贡献的PBH仍然可用的少数质量窗口之一。在我们的模型中，PBH丰度可以达到$\sim1\%$甚至更高的DM，对闭合轴子DW的形成效率敏感。
2020-01-07 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
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
Cosmological Birefringence and the Geometric Phase of Photons
关于轴子电动力学在背景平坦FRW宇宙，我们表明，宇宙学双折射产生于绝热非循环几何相位，出现在光子的量子态，因为它们与轴子场的相互作用。我们还表明，轴子电动力学是等效的标准电动力学的时间依赖性双各向同性的磁电Tellegen媒体，它作为一个模拟系统，可以模拟宇宙学双折射。
2019-08-09 astro-ph.CO gr-qc
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
Cosmological Axion and neutrino mass constraints from Planck 2015 temperature and polarization data
轴子目前提供了最引人注目的解决方案，强CP问题。这些粒子可能在早期宇宙中大量产生，包括通过热过程。因此，残余轴子构成了热的暗物质成分，它们的质量与三个活跃中微子的质量强烈简并，因为它们在不同的宇宙学观测值中留下相同的签名。此外，热轴子，虽然仍然相对论状态，也有助于相对论自由度，通过$N_{eff}$参数化。我们提出的宇宙学界限的遗迹轴子和中微子的质量，利用完整的普朗克任务的数据，其中包括偏振测量。在这里探讨的混合热暗物质的情况下，我们发现最严格和更强大的约束，迄今为止的总和三个活跃的中微子质量，$\sum m_ν<0.136$ eV在$95\%$ CL，在著名的线性微扰制度。普朗克的Sunyaev-Zeldovich星系团数计数数据进一步收紧了这个界限，在这个非常相同的混合热暗物质模型中提供了一个$\sum m_ν<0.126$ eV的$95\%$ CL上限，这个值非常接近中微子质量倒置的预期。使用相同的数据集的组合，我们发现最严格的绑定到目前为止的热轴子质量，$m_a<0.529$电子伏特在$95\%$ CL。
2015-07-30 astro-ph.CO astro-ph.HE
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
Cosmological Bound on the QCD Axion Mass, Redux
我们重新审视的联合约束的混合热暗物质的情况下，热产生的QCD轴子和遗迹中微子都存在。在重新计算宇宙学的轴子丰度通过最近的进展，在文献中，我们改进了国家的最先进的分析，并提供更新的界限上的轴子和中微子的质量。通过避免近似的方法，如瞬时解耦近似，和限制，由于有限的有效性的微扰方法在QCD，被迫人为地划分的约束从轴子-π和轴子-胶子生产渠道，我们找到了强大的和自洽的限制。我们研究了两个最流行的轴子框架：KSVZ和DFSZ。从大爆炸核合成（BBN）轻元素丰度数据中，我们发现KSVZ轴子$ΔN_{\rm eff}<0.31$和轴子质量束缚$m_a < 0.53 $ eV（即，轴子衰减常数$f_a > 1.07 \times 10^7$ GeV的约束），两者都在$95\%$ CL。如果假设宇宙微波背景（CMB）数据中的重子能量密度有先验，则BBN边界可改进为$ΔN_{\rm eff}<0.14$和$m_a< 0.16$ eV（$f_a > 3.56 \times 10^7$ GeV）.相反，当考虑普朗克卫星的宇宙微波背景温度、偏振和透镜的宇宙学观测与大尺度结构数据相结合时，我们在$95\%$ CL发现了$ΔN_{\rm eff}<0.23$、$m_a< 0.28$ eV（$f_a > 2.02 \times 10^7$ GeV）和$\sum m_ν< 0.16$ eV。这大约对应于一个因素$5…
2022-09-11 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological imprints of string axions in plateau
我们对标量势具有平台区的弦轴子的各种宇宙学印记进行了研究。在这种情况下，我们表明，延迟振荡一般会导致参数共振不稳定性。特别是，对于超轻轴子，参数共振可以增强功率谱略低于金斯尺度，缓解与莱曼$α$森林观测的紧张局势。我们还认为，一个持久的共振，可以导致发射的引力波的频率波段，这是可检测的引力波干涉仪和脉冲星定时阵列。
2018-12-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Axion Cosmology Revisited
轴子产生的失准机制取决于温度依赖的轴子质量。后者最近已确定内的相互作用瞬子液体模型（IILM），并首次提供了一个良好的动机轴子质量的所有温度。我们重新审视的限制放在轴子参数空间的光，这个新的质量函数。我们发现一个准确的和更新的约束$ 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$1…
2011-02-13 astro-ph.CO gr-qc
Removing the Cosmological Bound on the Axion Scale in the KSVZ and DFSZ Models
本文在KSVZ和DFSZ模型中通过暴胀期间修改跑动耦合实现早期强QCD，避免轴子标度的宇宙学界限，并确定轴子构成全部暗物质的参数空间。
2023-05-10 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological forecasts on thermal axions, relic neutrinos and light elements
未来宇宙微波背景和重子声学振荡测量的目标之一是提高中微子区的测量精度，提高对早期宇宙超暗辐射的灵敏度。在本文中，我们研究如何将这些改进转化为约束力的基本粒子的标准模型，涉及到量子色动力学（QCD）相变前热化的轴子散射与胶子动机良好的扩展。假设一个基准的$Λ$ CDM宇宙学模型，我们模拟了未来的数据阶段IV CMB和暗能量光谱仪（DESI）的调查和分析的混合方案的轴子和中微子热暗物质。我们还进一步说明了这些QCD轴子对大爆炸核合成预测的轻元素丰度的影响。最具约束力的预测限制的热遗迹质量是$m_{\rm a} \lesssim 0.92$ eV和$\sum m_ν\lesssim 0.12$ eV在95%的置信水平，表明未来的宇宙观测可以大大提高目前的边界，支持多信使分析的轴子，中微子和原始轻元素的属性。
2022-02-08 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Tension of Ultralight Axion Dark Matter and its Solutions
许多提议和正在进行的实验都在寻找质量接近小尺度结构（${\cal O} ( 10 ^{ - 21 } {\rm eV} ) $）极限的轴子暗物质。我们认为，这些模型的后期宇宙宇宙学，表明要求轴子有一个物质的功率谱相匹配的冷暗物质约束的轴子耦合到可见光扇区的大小。将这些限制与当前和未来的实验努力进行比较，我们发现许多搜索需要与标准模型场具有异常大耦合的轴子，而与轴子在早期宇宙中的分布无关。我们调查的机制，可以减轻的界限，即，引入大的费用，各种形式的动力学混合，发条结构，并施加离散对称性。我们为每种情况提供了一个明确的模型，并探讨其现象和可行性，以产生可检测的超轻轴子暗物质。
2021-01-08 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
