Axion properties in GUTs
我们总结了最近的研究,现实的非超对称大统一理论(GUTs)扩展与全球$U(1)_{\rm PQ}$对称性,以适应强CP问题的轴子解决方案。除了解决CP问题和统一SM的规范结构外,这些模型还可以产生真实的光谱和混合,包括中微子质量,并允许一致的宇宙学历史来解释暴胀,暗物质和重子生成。在我们对$SO(10)$和$SU(5)$理论的研究中,我们根据相关的阈值尺度确定了轴子的质量和耦合,并评估了前者如何受到规范耦合统一、质子衰变搜索和对撞机边界要求的约束。轴子的质量对于大统一体尺度的轴子来说是相当有限的,特别是在$SU(5)$的情况下,并且可以通过即将到来的暗物质实验来探测,例如ABRACADABRA和CASPEr-Electric。
2018-11-28 hep-ex hep-ph
The Cosmic Axion Background
目前对宇宙轴子遗迹的搜寻主要依赖于非相对论性的轴子和构成暗物质。然而,在早期宇宙中可以大量产生轻轴子,并在今天保持相对论性,从而构成宇宙$\textit{axion}$背景(C $a$ B)。作为轴子源的典型例子,我们考虑热生产,暗物质衰变,参数共振和拓扑缺陷衰变。每一个都有一个特征频谱,可以在轴子直接探测实验中搜索。我们专注于轴子光子耦合和研究的灵敏度的当前和未来版本的ADMX,HAYSTAC,DMRadio,和ABRACADABRA的C $a$ B,发现在寻找暗物质收集的数据可以被重新利用,以检测轴子能量密度远低于所设定的限制由宇宙的能量预算的测量。通过这种方式,直接探测相对论遗迹提供了一个强大的新机会来了解早期宇宙,并有可能发现轴子。
2022-11-09 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Dark Matter Axions in the Early Universe with a Period of Increasing Temperature
研究非标准宇宙学历史下通过失配机制产生轴子暗物质,发现温度上升期可恢复哈勃摩擦并重置振荡,使所需轴子质量大幅降低,可通过未来实验探测大爆炸核合成前的宇宙历史。
2023-04-05 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
TIDMAD: Time Series Dataset for Discovering Dark Matter with AI Denoising
本研究发布了专为AI去噪搜寻暗物质设计的TIDMAD数据集,包含ABRACADABRA实验的超长时序数据、去噪基准评分及完整分析框架,助力AI算法提取暗物质信号以推动基础科学研究。
2025-10-28 cs.LG hep-ex
A novel search for high-frequency gravitational waves with low-mass axion haloscopes
引力波(GW)在外部电场和磁场附近产生振荡电磁效应。我们讨论这种现象,特别侧重于重新解释的结果,轴子haloscopes基于集总元件探测器,探测GW在100 kHz-100 MHz的范围。ABRACADABRA和SHAFT的测量已经对GW进行了限制,尽管目前的应变敏感性很弱。然而,我们证明,灵敏度缩放与体积的这种仪器是显着的-比轴子更快-所以在未来将取得快速进展。在未进行任何修改的情况下,DMRadio-m $^3$在200 MHz时的GW应变灵敏度为$h \sim 10^{-20}$。用于读出感应磁通量的拾波回路的简单修改可以参数化地增强GW灵敏度,特别是在较低频率下。
2022-05-03 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Detecting axion dark matter beyond the magnetoquasistatic approximation
本文用有限元方法求解耦合轴子-电磁方程,发现辐射损耗和几何自谐振使磁准静态近似提前失效,并据此提出把轴子探测灵敏度扩展到更高频率。
2022-10-31 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Axion Dark Matter Detection using Atomic Transitions
暗物质轴子可能会引起原子状态之间的跃迁,这些原子状态的能量差异等于轴子质量。这样的能量差可以方便地使用塞曼效应来调节。建议通过将千克大小的样品冷却到毫开尔文温度来寻找暗物质轴子,并使用激光技术计数轴子诱导的跃迁。这似乎是一个合适的方法来探测$10^{-4}$ eV质量范围内的轴子暗物质。
2020-05-31 hep-ex hep-ph
Probing the Dark Axion Portal with Muon Anomalous Magnetic Moment
我们提出了一个新的方案,使用暗轴子门户在单圈水平来解释最近观察到的μ子异常磁矩的费米实验室μ子g-2的实验。轴子/类轴子粒子(ALP)和暗光子都与光子处于同一顶点。虽然单独的ALP或暗光子都不能解释μ子$g-2$,但由于前者只提供负贡献,而后者具有非常有限的参数空间,暗轴子门可以挽救这种情况,并显着扩展允许的参数空间。观测到的μ子异常磁矩提供了一个强大的探测暗轴子门户的情况。
2021-09-30 hep-ex hep-ph
Axion Dark Matter Search around 6.7 $μ$eV
本文报道了用CAPP-8 TB型晕圈仪对轴子暗物质的研究。我们的结果是敏感的轴子-光子耦合$g_{aγγ}$下降到QCD轴子带的轴子质量范围在6.62和6.82 $μ$ eV之间在90\%的置信水平,这是最敏感的结果在质量范围内的日期。
2020-03-16 hep-ex hep-ph
Axion Dark Matter Detection by Superconducting Resonant Frequency Conversion
我们提出了一种方法来寻找轴子暗物质与一个专门设计的超导射频腔,目标质量$m_a \lesssim 10^{-6} \text{ eV}$的轴子。我们的方法利用轴子诱导的频率$\sim$ GHz的近简并共振模式之间的转换。通过改变两种模式之间的频率分裂来实现对轴子质量的扫描。与传统方法相比,这允许用于轻于GHz的轴子的参数增强的信号功率。投影灵敏度覆盖了$10^{-8} \text{ eV} \lesssim m_a \lesssim10^{-6} \text{ eV}$的QCD轴子暗物质和像$m_a \sim 10^{-14} \text{ eV}$一样轻的类轴子暗物质的未探索的参数空间。
2019-12-23 hep-ex hep-ph
Hunting for Axionlike Dark Matter by Searching for an Oscillating Neutron Electric Dipole Moment
我们报告的超低质量类轴子暗物质的搜索通过分析的比存储的超冷中子和$^{199}$ Hg原子的自旋旋进频率的轴子诱导振荡的电偶极矩的中子和轴子风自旋旋进效应。没有观察到与暗物质一致的轴子质量范围$10^{-24}~\textrm{eV} \le m_a \le 10^{-17}~\textrm{eV}$的信号。我们的零结果设置的第一个实验室的约束耦合的轴子暗物质胶子,提高了3个数量级的天体物理学的限制,也提高了以前的实验室约束的轴子耦合到核子的一个因素的40。这些结果最初发表在Phys. Rev. X 7,041034中,本文主要是对其进行总结。
2018-05-25 hep-ex hep-ph
Experiments to test the hypothesis for solar and dark matter axions
本文教学性地介绍暗物质轴子与太阳轴子的直接搜寻实验,基于轴子-双光子耦合,并展望近期潜在变革性进展。
2025-07-08 hep-ex hep-ph
Searching for the QCD Dark Matter Axion
本文回顾QCD轴子(冷暗物质候选者)的天体物理搜索、理论进展及历史,介绍其搜索现状、未来前景及正在开发的探测技术。
2025-04-14 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Production and detection of an axion dark matter echo
角频率等于轴子质量一半的电磁辐射会刺激冷暗物质轴子的衰变,并产生回波,即反向传播的微弱电磁辐射。我们建议通过向太空发射一束强大的微波辐射并倾听其回波来寻找轴子暗物质。我们估计这种技术在银河系晕的等温环和焦散环模型的灵敏度,并发现它是一个很有前途的方法来轴子,或轴子样,暗物质检测。
2019-09-30 astro-ph.GA hep-ex hep-ph
Heterodyne Broadband Detection of Axion Dark Matter
我们提出了一种新的宽带搜索策略,超轻轴子暗物质与电磁相互作用。振荡轴子场诱导超导腔的两个准简并共振模之间的跃迁。在针对高质量和低质量优化的两个宽带运行中,该设置可以探测未探索的参数空间,用于覆盖质量为15个数量级的轴子状粒子,包括天体物理学上的长程模糊暗物质。
2020-07-30 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Alternative dark matter candidates: Axions
轴子可以说是暗物质的最佳候选者之一。当衰变常数大于10^9 GeV时,轴子在早期宇宙中主要是以非热的方式产生的,因此是“冷的”,它们的速度色散小到足以适应大尺度结构。此外,如此大的衰减常数确保了宇宙学时间尺度的稳定性和宇宙学长度尺度下无碰撞流体的行为。在这里,我们回顾了轴子暗物质的预测和实验室实验中寻找轴子暗物质的实验努力的艺术状态。
2016-12-28 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Results of a Search for Cold Flows of Dark Matter Axions
理论论证预测,螺旋星系中冷暗物质的分布在速度空间中具有峰值,这与暗物质粒子的非热化流动有关。我们在暗物质轴子腔探测器中寻找轴子到光子转换的微波光子谱中的相应峰。我们没有发现任何地方的轴子作为一个函数的流速分散在轴子质量范围1.98至2.17 $μ$ eV的任何局部流的密度和地方的限制。
2005-05-11 astro-ph hep-ex hep-ph
Dark Matter Candidates - Axions, Neutralinos, Gravitinos, and Axinos
暗物质的存在为超越标准模型的物理学提供了强有力的证据。用佩切-奎因对称和/或超对称扩展标准模型,引人注目的暗物质候选者出现了。对于轴子,中性伴子,引力子,和axino,我审查原始生产机制,宇宙学和天体物理学的限制,实验搜索,和实验鉴定的前景。
2008-11-20 astro-ph hep-ex 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} ) $)极限的轴子暗物质。我们认为,这些模型的后期宇宙宇宙学,表明要求轴子有一个物质的功率谱相匹配的冷暗物质约束的轴子耦合到可见光扇区的大小。将这些限制与当前和未来的实验努力进行比较,我们发现许多搜索需要与标准模型场具有异常大耦合的轴子,而与轴子在早期宇宙中的分布无关。我们调查的机制,可以减轻的界限,即,引入大的费用,各种形式的动力学混合,发条结构,并施加离散对称性。我们为每种情况提供了一个明确的模型,并探讨其现象和可行性,以产生可检测的超轻轴子暗物质。
2021-01-08 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Axion dark matter search using the storage ring EDM method
本文提出用储存环EDM方法研究轴子暗物质引起的核子EDM振荡。该方法使用B场和E场的组合来产生$g-2$自旋进动频率和背景轴子场振荡之间的共振,以大大提高对它的灵敏度。从$10^{-9}$ Hz到100 MHz的轴子频率范围原则上可以以高灵敏度扫描,对应于$10^{13} $ GeV $\leq f_a \leq 10^{30}$ GeV的$f_a$范围,产生轴子或类轴子粒子(ALP)的全局对称性的破坏尺度。
2018-06-14 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Limits on Dark Photons, Scalars, and Axion-Electromagnetodynamics with The ORGAN Experiment
该研究利用 ORGAN 1a 轴子晕镜扫描结果,推导其对暗光子、标量场/伸缩子及奇异轴子–电磁耦合的排除限制,并预测未来阶段灵敏度。
2022-12-05 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Broadband Dark Matter Axion Detection using a Cylindrical Capacitor
针对暗物质轴子质量不确定性大的问题,提出利用圆柱形电容器将轴子转化为振荡磁场的探测方案,结合超导环-线圈系统提升灵敏度,可实现宽质量范围的轴子搜寻。
2024-06-20 astro-ph.IM hep-ex hep-ph
Axion Dark Matter Detection using an LC Circuit
它表明,暗物质轴子引起振荡电流沿磁场线流动。在强磁场$\vec{B}_0$中感应的振荡电流产生小磁场$\vec{B}_a$。我们建议使用一个冷却的LC电路和一个非常敏感的磁强计来放大和检测$\vec{B}_a$。这似乎是一个合适的方法来寻找$10^{-7}$到$10^{-9}$ eV质量范围内的轴子暗物质。
2014-01-27 astro-ph.GA hep-ex hep-ph
Dark energy, QCD axion, BICEP2, and trans-Planckian decay constant
弦紧化中允许的离散对称性是所有在某个层次上被破坏的全局对称性之母。我们讨论由此产生的伪戈德斯通玻色子,特别是QCD轴子和一个临时的宇宙学常数,和暴胀子。我们还评论了最近的BICEP 2数据的一些影响。
2014-10-19 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Signatures from Non-classical Features of Axion Dark Matter in Cavity Haloscopes
该研究探讨轴子暗物质的非经典特征在腔式探测器中的印记,给出压缩态、对纠缠暗物质态的示例信号,并分析其提升实验搜索灵敏度的潜力。
2025-09-04 hep-ex hep-ph quant-ph
First Axion Dark Matter Search with Toroidal Geometry
我们报告了第一个轴子暗物质搜索与环面几何。排除限制的轴子-光子耦合$g_{aγγ}$在轴子质量范围从24.7到29.1 $μ$ eV在95\%的置信水平,通过这一开拓性的搜索。最后展望了在更大尺度的环形几何条件下对轴子暗物质的研究。
2017-09-27 hep-ex
First searches for axion and dark photon dark matter with MADMAX
MADMAX实验利用介电盘增强器在强磁场中探测轴子暗物质,已通过原型验证概念并开展首次搜索,旨在扫描100微电子伏特QCD轴子质量范围。
2025-09-08 hep-ex
A forecast of the sensitivity of the DALI Experiment to Galactic axion dark matter
本研究通过蒙特卡洛模拟,估算了新一代法布里-珀罗暗物质晕望远镜DALI对25-250 μeV能段银河系轴子暗物质的探测灵敏度,轴子或可同时解决强相互作用电荷-宇称对称问题与暗物质谜题。
2024-01-15 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
Comment on arXiv:1901.10843 "Search for Axionlike Dark Matter with a Liquid-State Nuclear Spin Comagnetometer"
我们评论arXiv:1901.10843,指出它对超低质量轴子的约束与所描述的数据集的持续时间不相容。我们描述了一种简单的方法来分析这些数据,给出正确的缩放。
2019-08-03 hep-ex
Axion Dark Matter Search around 4.55 $μ$eV with Dine-Fischler-Srednicki-Zhitnitskii Sensitivity
我们报告了一个轴子暗物质搜索在Dine-Fischler-Srednicki-Zhitnitskii灵敏度与CAPP-12 TB晕圈镜,假设轴子贡献100\%的本地暗物质密度。在90%的置信水平下,在4.51和4.59 $μ$ eV之间的轴子质量范围内,搜索排除了轴子-光子耦合$g_{aγγ}$,直到约$6.2\times10^{-16}$ GeV $^{-1}$。所获得的实验灵敏度还可以排除占局部暗物质密度仅13%的Kim-Shifman-Vainshtein-Zakharov轴子暗物质。CAPP-12 TB型晕圈镜将继续在广泛的轴子质量范围内进行搜索。
2023-02-17 hep-ex
A Proposal to Detect Dark Matter Using Axionic Topological Antiferromagnets
反铁磁掺杂拓扑绝缘体(A-TI)是动力学轴子场和轴子极化激元的候选者之一;弱相互作用准粒子类似于暗轴子,一种长期寻求的候选暗物质粒子。在这里,我们证明,使用轴子准粒子反铁磁共振在A-TI的结合低噪声的方法检测太赫兹光子提出了一个可行的路线,以检测质量为0.7至3.5毫电子伏的轴子暗物质,目前无法进入其他暗物质检测实验和建议的范围。这种方法在高频下的优点是谐振与施加磁场的可调谐性,以及使用体积远大于1 mm $^3$的A-TI样品。
2019-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el hep-ex
Intrinsically Quantum Effects of Axion Dark Matter are Undetectable
The University of Chicago(芝加哥大学);Yonsei University(延世大学);Lawrence Berkeley National Laboratory(劳伦斯伯克利国家实验室)
本文证明轴子暗物质即使处于无经典描述的量子态,其内禀量子效应也会被模式平均、噪声和微弱耦合抑制,现实探测器无法区分,故经典处理可靠,并推广至其他超轻暗物质候选者。
2026-10-28 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Momentum and Matter Matter for Axion Dark Matter Matters on Earth
University of Maryland, College Park(马里兰大学帕克分校);Lawrence Berkeley National Laboratory(劳伦斯伯克利国家实验室);Berkeley Center for Theoretical Physics, University of California, Berkeley(加州大学伯克利分校理论物理中心);Université de Strasbourg(斯特拉斯堡大学);CNRS(法国国家科学研究中心);IPHC UMR7178(高能物理研究所);Université de Genève(日内瓦大学);Weizmann Institute of Science(魏茨曼科学研究所);The University of Sydney(悉尼大学)
研究地球物质效应对轴子暗物质探测的影响,指出轴子暗物质的有限动量对地球对轴子场值和梯度的影响至关重要,轻轴子耦合实验可能因场值降低而灵敏度下降,但径向梯度增强对探测有重要意义。
2025-02-06 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ex
First axion dark matter search with toroidal geometry
我们首先报道了一个基于环面几何的轴子晕镜搜索。在这个开拓性的搜索中,我们排除了轴子光子耦合$g_{aγγ}$下降到约$5\times10^{-8}$ GeV $^{-1}$在轴子质量范围从24.7到29.1 $μ$ eV在95\%的置信水平。也被认为是轴子暗物质搜索与更大规模的环形几何的前景。
2017-09-05 hep-ex physics.ins-det
Haloscope searches for dark matter axions at the Center for Axion and Precision Physics Research
轴子和精密物理研究中心(CAPP)成立于2013年,其目标是揭示强CP问题和轴子的存在。CAPP的大部分工作集中在直接探测暗物质候选轴子上,并进行了一系列局部晕圈观测实验,努力扩大对“不可见轴子”质量范围的覆盖范围。其中前两个计划在今年进行实验运行,利用超低低温和环形腔几何形状。整个计划建立在尖端技术的基础上,包括超导薄膜,SQUID放大器和新型磁体的发展。本文介绍了计划的进展和该计划的状态,同时也可以被认为是一个教学介绍晕圈镜实验。
2017-02-13 hep-ex physics.ins-det
A Search for Invisible Axion Dark Matter with the Axion Dark Matter Experiment
这封信报告了从晕圈镜搜索质量在2.66和2.81 $μ$ eV之间的暗物质轴子的结果。搜索排除了由不可见轴子的合理模型预测的轴子-光子耦合的范围。这种前所未有的灵敏度是通过在亚开尔文温度下操作大容量晕圈镜来实现的,从而降低了热噪声以及用于信号功率读出的超低噪声SQUID放大器的过量噪声。正在进行的搜索将提供几乎明确的测试不可见的轴子模型在广泛的轴子质量。
2018-04-17 astro-ph.CO hep-ex physics.ins-det
First results from the Axion Dark-Matter Birefringent Cavity (ADBC) experiment
ADBC实验是首个可调谐且量子噪声受限的光学轴子探测器,探测了三个轴子质量范围,未发现暗物质信号,并将ALP-光子耦合限制在$g_{aγγ} \leq 1.9\times 10^{-8}$ GeV⁻¹。
2024-04-18 astro-ph.CO hep-ex
Microwave Technologies in Experiments for Detection of Dark Matter Axions
本文综述了暗物质轴子探测实验中谐振腔微波技术,涵盖实验概念、谐振器设计优化、频率调谐系统及微波工程的未来研究方向。
2024-04-30 hep-ex physics.ins-det
Axion Dark Matter Searches
几乎所有的天体物理学和宇宙学数据都令人信服地指出,宇宙中有很大一部分冷暗物质。轴子粒子,第一次被理论化作为量子色动力学强电荷宇称问题的解决方案,已经被确立为一个突出的CDM候选者。宇宙观测和粒子物理实验已经将轴子的未知质量界定在大约$μ$ eV和meV之间。轴子暗物质实验(ADMX)已经成功地完成了1.9和3.7 $μ$ eV之间的搜索,直到KSVZ光子耦合极限。ADMX和轴子暗物质高频实验(ADMX-HF)将在未来几年内寻找耦合较弱和/或频率较高的轴子。的实验,目前的研究和发展,并预计质量耦合排斥限制的状态。
2015-11-17 hep-ex physics.ins-det
MADMAX: A new Dark Matter Axion Search using a Dielectric Haloscope
轴子是一个有趣的暗物质候选者,它来自于强CP问题的Peccei-Quinn解决方案。目前对轴子暗物质的实验研究集中在40 $μ$ eV以下的轴子质量范围。然而,如果在暴胀后恢复佩切-奎因对称性,观测到的暗物质密度将指向100 $μ$ eV左右的轴子质量。提出了一种基于不同电介质之间跃迁的轴子-光子转换的新方案。通过使用$\sim 80$电介质盘,发射功率可以比来自单个反射镜(平碟天线)的发射功率提高$\sim 10^5$倍。在10 T的磁场中,这足以用HEMT线性放大器检测$\sim 100 μ$ eV的轴子。提出了实验设计。噪声,transmittance和反射率测量在原型装置中获得的结果。显示了预期的灵敏度。
2016-11-14 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex