Axion-Photon Conversion and Effects on 21cm Observation
最近,EDGES实验在无线电波中发现了21 cm吸收信号的增强,这可能是重子的反常冷却或宇宙微波背景光子的加热。在本文中,我们追求后一种可能性。我们指出,在星系际磁场的作用下,由类轴子粒子组成的暗辐射可以共振转化为光子,从而有效地加热了EDGES实验所需频率范围内的辐射。这可以解释边缘异常。
2018-07-08 astro-ph.CO hep-ph
Weighing the Solar Axion
轴子太阳望远镜通过在指向太阳的强实验室磁体中进行逆普里马科夫转换来搜索太阳轴子和类轴子粒子。虽然太阳镜总是可以测量轴子与光子的耦合,但转换信号与小于0.02 eV的轴子的质量无关。另一方面,由于轴子-光子振荡破坏了沿磁体的转换的相干性,高于该值的质量具有被抑制的信号。然而,这两个制度之间的轴子转换信号中存在的光谱振荡是高度依赖于轴子质量。我们表明,这些振荡是可观察到的现实的能量分辨率,并可用于确定轴子质量的百分比水平的精度。使用即将到来的日光镜IAXO的预测,我们表明,$>3σ$敏感性的非零轴子质量之间的$3 \times 10^{-3}$和$10^{-1}$ eV的Primakoff和轴子电子太阳通量是可能的。
2019-02-20 astro-ph.CO hep-ph
Resonant Landau-Zener Conversion In Multi-Axion Systems
本文解析研究多轴子系统中的朗道-齐纳共振转换,揭示非绝热转换机制,并预测QCD轴子与类轴子混合对卤oscope实验的探测目标。
2025-07-08 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Probing Axion-Photon conversion via circular polarization imprints in the CMB $V$-mode observations
Institute of Science Tokyo(东京科学大学);Indian Institute of Science(印度科学学院)
本文提出利用CMB V模式观测中的圆偏振印记来约束轴子类粒子的参数空间,通过研究轴子-光子转换机制在宇宙微波背景中的影响,探讨了磁场对光子圆偏振度的影响,并指出在最优情况下,40 GHz的CLASS观测可以探测到之前未被约束的轴子-光子耦合参数范围。
2026-05-20 astro-ph.CO 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
Axion-like Particle Conversion in the Solar Magnetic Field
该研究探讨太阳磁场中类轴子粒子与光子的转换现象,利用NuSTAR观测数据对ALP-光子耦合施加严格约束。
2025-01-27 astro-ph.CO hep-ph
The radio telescope search for the resonant conversion of cold dark matter axions from the magnetized astrophysical sources
研究了在天体物理源强磁场(如中子星磁层中的磁场)存在下,冷暗物质(CDM)轴子绝热共振转换为光子的条件。我们证明了即将到来的射电望远镜,如SKA(平方公里阵列)可以探测这些光子信号的CDM轴子的可能性。
2018-05-23 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Photon-Axion conversions in transversely inhomogeneous magnetic fields
在平面波程函近似下,计算了强横向梯度外磁场中光子-轴子转换几率。我们发现它通常小于可比的均匀情况。对光子-轴子分裂现象给出了一些见解。
2010-03-01 hep-ph
Revisiting longitudinal plasmon-axion conversion in external magnetic fields
在存在外部磁场的情况下,轴子和光子混合。特别地,纵向等离子体激元的色散关系总是与轴子的色散关系交叉(对于小轴子质量),从而导致共振转换。利用热场论,我们简明地推导出轴子发射率,将其应用于天体物理和实验室的情况。对于太阳,取决于磁场分布等离子体激元-轴子转换可以在低能量($\lesssim 200\,$ eV)下主导Primakoff生产。这为未来的太阳望远镜提供了一个新的轴子源,如果发现的话,将探测太阳的磁场结构。在白矮星(WD)的情况下,等离子体-轴子转换提供了一个纯光子耦合探测的轴子,这可能有助于显着低质量的WD。最后,我们重新推导和确认最近提出的等离子体haloscopes的轴子吸收率。
2020-06-04 hep-ph
Axion-Photon Conversion in FLRW with Primordial Magnetic Fields: Explaining the Radio Excess
本文提出轴子-光子共振转换作为 ARCADE2 射电过量与 EDGES 21 厘米吸收谷的共同起源,通过 FLRW 背景下的理论推导与随机原初磁场建模,证明特定质量轴子与纳高斯级 PMFs 可同时解释两者,并指出 21 厘米观测对暗扇区物理的探测潜力。
2025-09-11 astro-ph.CO hep-ph
Axion-photon conversion caused by dielectric interfaces: quantum field calculation
近均匀磁场中介质界面上的轴子-光子转换是介质晕镜方法寻找轴子暗物质的基础。类似于跃迁辐射,该过程是可能的,因为光子波函数被介电层修改(“加里比波函数“)并且不再是动量的本征态。一个传统的一阶微扰计算的量子化轴子状态和这些扭曲的光子状态之间的跃迁概率提供了微波产生率。这一结果与以往基于求解经典麦克斯韦方程组的轴子-电磁场组合系统的结果一致。我们认为,在一般情况下,平均光子产生率是由我们的结果,独立的详细的量子态的轴子场。此外,我们的研究结果提供了一个新的视角在介质haloscope的轴子-光子转换,因为速率是基于未扰动轴子和光子波函数之间的重叠积分,在类似的微波腔haloscope的通常治疗。
2017-09-06 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Total cross-section for photon-axion conversions in external electromagnetic field
我们重新考虑了光子在外电磁场中,即在波导的静态场和周期场中的转换。转换的总截面进行了详细的评估。结果表明,在较强的外电磁场作用下,可以获得足够大的截面来测量轴子的产生。在波导中,在低能量处存在共振转换,其截面值大大增加
2014-02-20 hep-ph
Axion-photon-dark photon oscillation and its implication for 21 cm observation
研究了早期宇宙中类轴子粒子(ALP)或暗光子到电磁光子的共振转换,这种转换是由于背景暗光子规范场中ALP-光子-暗光子的振荡引起的.值得注意的是,相应的转换概率可以有一个不寻常的频谱特征,允许在低频域的强转换,但在高频以上的特定的临界频率,这是由ALP耦合到暗光子和背景暗光子规范场的强度确定的转换可以忽略不计。我们应用该方案加热了21 cm光子,而不影响宇宙微波背景,这可以解释最近EDGES实验探测到的21 cm光子的试探性吸收信号。
2019-11-01 astro-ph.CO hep-ph
Radio Signals from Axion Dark Matter Conversion in Neutron Star Magnetospheres
我们表明,轴子暗物质(DM)可以通过从中子星发射的窄无线电线检测。中子星的磁层拥有一个强大的磁场和等离子体频率,该频率朝着中子星表面增加。当轴子穿过磁层时,它们可以在等离子体频率等于轴子质量的半径附近的狭窄区域内共振转换为无线电光子。信号的带宽由远离中子星的小DM速度色散设定。我们解决了轴子光子混合方程,包括磁化等离子体和相关的各向异性介电张量的全面处理,以获得转换概率。我们讨论了可能的中子星目标,以及它们如何探测质量范围为~0.2-40 $μ$ eV的QCD轴子参数空间。
2018-04-09 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Photon - Axion Conversion Cross Sections in a Resonant Cavity
用费曼图方法详细研究了最低模谐振腔中的光子-轴子转换。给出了微分截面并进行了数值计算。结果表明,所考虑的过程中,有一个谐振转换,其中的转换截面是远远大于那些在相同的条件下的波导。根据我们的结果给出了对实验条件的一些估计。
2006-11-20 hep-ph
Axion/Hidden-Photon Dark Matter Conversion into Condensed Matter Axion
QCD轴子或类轴子粒子是宇宙中暗物质的候选者。另一方面,在某些凝聚态系统中存在类轴子激发,这意味着凝聚态轴子与暗物质粒子之间可能存在相互作用。在量子水平上讨论了反铁磁绝缘体中凝聚态轴子与集体自旋波激发之间的关系。为发现暗物质信号,估算了亮暗物质(如基本粒子轴子或隐藏光子)向凝聚态物质轴子的转化率。
2021-02-11 cond-mat.mes-hall hep-ph
Photon-axion conversion in Active Galactic Nuclei?
类轴子粒子(Axion-Like Particles,ALPs)是当前研究的热点。我们分析的背景下,活动星系核(AGN)的相对论性喷流模型的光子ALP转换超过100个来源。与以前的说法相反,我们发现,这个过程不能发生在100 GeV以上,无论实际的活动星系核模型和ALP参数的值。这一结果排除了一种绕过100 GeV以上宇宙不透明度的策略,这显然是观测所需要的。我们还表明,一些活动星系核的可观察到的效果,可以显示在X和软伽玛射线波段。
2009-05-25 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Effects of Finite Material Size On Axion-magnon Conversion
本文系统分析了轴子-磁振子转换率对目标材料尺寸的依赖性,指出当轴子德布罗意波长较短时有限动量磁振子模式可被激发,并讨论了该效应在探测相对论性轴子和较重质量轴子暗物质中的重要性。
2024-02-15 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Neutron stars and Pulsar timing arrays as Axion giant gyroscopes
本研究提出中子星可作为轴子巨型陀螺仪,轴子背景场与中子星磁矩的耦合会改变其进动与自旋,调制脉冲星计时阵列的脉冲到达时间,利用Nanograv和PPTA数据可将轴子-核子耦合约束在g_{ann} ~ 10^{-12}{GeV}^{-1}量级。
2024-06-19 astro-ph.CO hep-ph
Axion Emission by Magnetic-Field Induced Conversion of Longitudinal Plasmons
磁场将轴子与光子混合,即使轴子在树能级上不与电子耦合,也允许借助于中间等离子体的回旋过程e -> e + a。轴子和磁等离子体色散关系总是交叉一定的波数,导致共振增强的这个过程。然而,即使这样,它也不能完全与超新星核心中通常的核子过程竞争。众所周知的轴子窗口10^{-5} eV < m_a < 10^{-2} eV仍然是开放的,轴子可能仍然构成宇宙暗物质。
1998-03-30 hep-ph
Axion Cloud Decay due to the Axion-photon Conversion with Multi-pole Background Magnetic Fields
本文研究多极背景磁场下轴子-光子转换导致的轴子云衰变,发现衰变率显著依赖方位角量子数,且可达到或超过超辐射不稳定性增长率。
2023-12-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Magnetic Turbulence Boosts Supernova Signals of Axion-Photon Conversion
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN)(意大利国家核物理研究所);Gran Sasso Science Institute (GSSI)(格兰萨索科学研究所);Università degli Studi di Padova(帕多瓦大学);Max-Planck-Institut für Physik(马克斯·普朗克物理研究所)
研究通过考虑超新星与地球间磁涡旋增强轴子-光子转换,提升对轴子耦合常数的探测灵敏度,尤其在较大质量范围内的约束。
2026-09-22 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Constraints on Axions from Cosmic Distance Measurements
在宇宙中存在磁场的情况下,轴子与光子的耦合可以引起光子-轴子转换。这种转换可能会以不同的方式影响各种宇宙距离测量,例如Ia型超新星的光度距离和星系团的角距离。在本文中,我们考虑最新的距离测量的不同组合来约束轴子-光子耦合。采用星系际介质(IGM)的守恒胞磁场模型,忽略团内介质(ICM)的磁场转换,我们发现轴子-光子耦合的上界在$5 \times 10^{-12}$附近(nG/ $B$)$\sqrt{\mathrm{Mpc/s}}$ GeV $^{-1}$,其中$10^{-13}$是IGM磁场的强度,而$s$是磁畴的共动尺寸。当在ICM中包括转换时,上限降低,并且对于$m_a < 5 \times 10^{-12}$ eV可以达到$5 \times 10^{-13}\, $ GeV $^{-1}$。虽然这个更强的边界依赖于ICM模型,但它与IGM磁场的强度无关,目前还没有直接的证据。通过加强对与IGM和ICM相关的天体物理不确定性的理解和控制,这些约束可以建立在更坚实的基础上。所有的界限都是由哈勃速率的形状决定的,它是从各种距离测量中重建的红移的函数,对今天的哈勃速率不敏感,早期和晚期的宇宙学测量之间存在着紧张关系。作为附录,我们讨论了使用光子-轴子转换使Ia型超新星更亮以缓解哈勃问题/危机的模型构建挑战。
2022-02-15 astro-ph.CO hep-ph
Axionic Dark Radiation and the Milky Way's Magnetic Field
最近有人提出,在弦论模场衰变过程中产生的以轴子形式存在的暗辐射可能是星系团中软x射线过剩的原因。这些软X射线光子是由于这些轴子在星系团的磁场中转化为光子而产生的。在这项工作中,我们计算的转换轴暗辐射到X射线光子在我们自己的银河系的磁场。我们认为Δ N ~ 0.5的暗辐射的能量为0.1-1 keV的数量级的轴子。我们表明,如果乐观一点,可以完全解释位于3/4 keV ROSAT全天图中检测到的银河平面中心上方和下方的大区域的X射线发射,这是由于暗辐射转化为光子,逆轴子-光子耦合为M ~ 3e-13 GeV,轴子质量为m <1 e-12 eV。不同的参数值可以解释这些功能和3/4 keV的X射线背景。更保守地说,这些X射线观测是约束这种轴子暗辐射模型的好方法。
2013-10-16 astro-ph.CO hep-ph
Stability of Axion Dark Matter-Photon Conversion
已知相干振荡的轴子场是暗物质的候选者。在存在振荡轴子的情况下,光子可以通过参量放大共振产生。宇宙中还存在着宇宙磁场,它是相干的电磁场。在有磁场的情况下,轴子可以转换成光子,反之亦然。因此,研究在同时存在轴子暗物质和磁场的情况下,轴子-光子系统会发生什么是很有趣的。该系统可以看作是一个轴子与光子的耦合系统,其方程中含有Mathieu型项。与传统的Mathieu方程相比,我们发现在磁场的存在下,不稳定性条件发生了变化。稳定与不稳定的分岔点位置发生了移动,出现了新的不稳定带。这是因为共振放大的轴子可以转换为光子,反之亦然。
2020-02-11 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Resonant axion-plasmon conversion in neutron star magnetospheres
本研究探讨磁星磁层中类似中微子MSW效应的共振轴子-等离子体激元转换对轴子-光子转换射电信号的影响,发现其会降低光子通量和望远镜灵敏度,需重新评估实验约束并改进探测策略。
2025-02-18 astro-ph.HE hep-ph physics.plasm-ph
Green Bank and Effelsberg Radio Telescope Searches for Axion Dark Matter Conversion in Neutron Star Magnetospheres
在中子星周围的强磁场中,轴子暗物质(DM)可以转化为射频电磁辐射。这样一个过程的无线电特征将是一个超窄的光谱峰值,其频率由轴子粒子的质量决定。我们分析了我们从罗伯特·C. Byrd Green Bank望远镜在L波段,Effelsberg 100米望远镜在L波段和S波段,从一些来源,包括银河系的银河系中心和附近孤立的中子星RX J0720.4-3125和RX J0806.4-4123,预计将产生明亮的轴子-光子转换信号。我们没有发现轴子DM的证据,并能够设置一些最强的约束,到目前为止,在高度积极的质量范围之间的~5-11 $μ$ eV的轴子DM的存在。
2020-03-31 astro-ph.CO astro-ph.HE 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
Polarization Signals from Axion-Photon Resonant Conversion in Neutron Star Magnetosphere
本研究指出中子星磁层中等离子体的共振转换效应可显著增强轴子-光子转换产生的线极化,结合特定天体的极化测量数据,证明其能在宽轴子质量范围对轴子-光子耦合提供强约束。
2025-02-11 hep-ph
Axion-Photon Conversion in 3D Media and Astrophysical Plasmas
本文推导了磁化等离子体中轴子-光子转换的输运方程,完整描述三维介质中光子产生与传播,无发散且包含折射,为轴子暗物质间接探测提供关键计算基础。
2023-12-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Signatures of photon-axion conversion in the thermal spectra and polarization of neutron stars
在强磁场存在下,光子转化为轴子可以使磁化天体的辐射变暗。在这里,我们进行了详细的计算,旨在量化的光谱,光变曲线和极化的中子星(NS)的光子-轴子转换的签名。我们考虑到能量和角度依赖的转换概率和表面的热发射从NS。后者是从磁化大气模型,包括由于真空偏振的光子偏振模式转换的效果计算。由此产生的光谱模型,包括引力红移和光偏转的广义相对论效应,使我们能够对所观察到的NS光谱,光变曲线和偏振信号的光子到轴子转换的影响作出现实的预测。我们确定了转换的独特特征,例如当热点旋转远离观察者视线时,热点的有效面积增加。对于从整个表面发射的恒星,转换产生的视半径要么大于要么小于(取决于轴子质量和耦合强度)NS状态方程设定的极限。对于一个发射区,观察相位上,光子-轴子转换的结果在反转的偏振平面相对于无转换的情况。虽然我们确定的特征的定量细节取决于NS属性(磁场强度,温度)和轴子参数,光子-轴子转换引起的光谱和偏振签名是独特的,足以使NS非常有趣和有前途的探测器的轴子物理。
2012-01-25 astro-ph.HE hep-ph
Transient Radio Lines from Axion Miniclusters and Axion Stars
引力束缚的暗物质轴子团以“微团”或更密集的“轴子星”的形式出现,当遇到高度磁化的中子星磁层时,它们可以通过轴子-光子转换产生强烈的无线电信号。我们系统地研究了轴子团与中子星的相遇,讨论了轴子的入射、转换以及光子的传播。我们发现,高密度和低逃逸速度的轴子块导致强大的,狭窄的,和时间特性的瞬态无线电线与预期的持续时间从秒到月不等。我们的工作包括第一个端到端建模管道,能够表征这些瞬态遭遇期间产生的无线电信号,量化无线电通量的典型亮度,各向异性,频谱宽度和时间演变。这里开发的方法可能证明是必不可少的,在开发专用的无线电搜索所产生的微星团和轴子星的瞬态无线电线路。
2023-03-06 astro-ph.CO hep-ph
Axion-Photon Conversion Signals from Neutron Stars with Spacetime Curvature Accounted for in the Magnetosphere Model
本研究将时空曲率纳入中子星 Goldreich-Julian 磁层模型,量化其对轴子共振转换射电信号的影响,发现高质量中子星可使辐射功率预测平均改变22%–37%。
2025-03-18 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Landau-Zener formula and resonant axion conversion in neutron star magnetospheres
University of Helsinki(赫尔辛基大学);Helsinki Institute of Physics(赫尔辛基物理研究所)
研究Landau-Zener描述在中子星磁层中轴子-光子共振转换的适用性,发现当共振宽度超过转换区域大小时公式失效,并据此修正了来自光学波段偏振搜索的轴子约束。
2026-11-04 astro-ph.HE hep-ph
Enhancing photon-axion conversion probability with squeezed coherent states
本文以量子场论方法处理光子-轴子转换,评估了从光子量子态到轴子量子态的转换概率,并发现压缩相干态能增强该转换概率,有助于提升轴子探测灵敏度。
2025-07-10 gr-qc hep-ph hep-th
Constraints on non-resonant photon-axion conversion from the Planck satellite data
宇宙微波背景(CMB)光子在湍流磁场中非共振转换为标量和轻赝标量粒子(如类轴子粒子(ALP))会导致CMB中独特的空间波动谱畸变。我们使用公开可用的普朗克温度地图的频率通道(70-545 GHz),以获得第一ALP失真地图使用$45\%$干净的天空的一部分。在$15$角分辨率下,来自CMB天空最干净部分的ALP畸变的RMS波动的$95^{th}$百分位上限为$18.5 \times 10^{-6}$。失真图中的RMS波动也与频率通道和天空分数的不同组合一致。
2019-06-14 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Axion Magnetic Resonance: A Novel Enhancement in Axion-Photon Conversion
该研究提出轴子磁共振新机制,通过磁场的空间或时间变化抵消轴子与光子色散差以增强转换效率,可将ALPS II实验在特定轴子质量下的耦合探测范围提升两个数量级。
2024-09-11 hep-ex hep-ph
Resonant Axion Radiation Conversion in Solar Spicules
本研究提出太阳针状体中的强磁场和电子密度可实现轴子暗物质的共振辐射转换,产生约24 GHz线谱辐射,通量密度约10^-6 Jy,但太阳热辐射可能阻碍观测。
2022-06-16 astro-ph.CO hep-ph
Polarized anisotropic spectral distortions of the CMB: Galactic and extragalactic constraints on photon-axion conversion
我们重新审视了宇宙学的限制共振和非共振转换的光子在宇宙磁场的轴子。我们发现,对光子-轴子耦合和原始磁场的约束比以前声称的质量为$m_{\rm a} \lesssim 5\times 10^{-13}\,\text{eV}$的低质量轴子粒子弱得多。特别是,我们发现,轴子质量范围$10^{-14}\,\text{eV} \le m_{\rm a} \le 5\times 10^{-13}\,\text{eV}$不排除由CMB数据与以前的索赔。我们还研究了银河系磁场中的光子-轴子转换。在大尺度相干银河磁场中的共振转换导致质量范围为$10^{-13}\,\text{eV} \lesssim m_{\rm a} \lesssim 10^{-11}\,\text{eV}$的宇宙微波背景的$100\%$极化各向异性谱畸变。的极化图案的痕迹横向到视线的银河磁场的组成部分,而在银河磁场和电子分布的各向异性印记的光谱失真的特征各向异性图案。我们的结果适用于标量以及赝标量粒子。为了转换为标量粒子,偏振被$90^{\circ}$旋转,使我们能够将它们与伪标量区分开来。对于$m_{\rm a} \lesssim 10^{-14} \,\text{eV}$,我们有非共振转换的小尺度湍流磁场的银河系导致各向异性,但非偏振的光谱失真的CMB。这些独特的签名是对各向同性和非偏振信号的潜在判别,例如主CMB,以及具有…
2018-04-23 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Coherently Enhanced Axion-Photon Conversion via Seeded Photons for Short-Pulse Axion Detection
Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University(上海交大李政道研究所);School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University(上海交通大学物理与天文学院);Collaborative Innovation Center of IFSA, Shanghai Jiao Tong University(上海交通大学国际前沿科学协同创新中心)
通过受控光子增强轴子-光子转换,提升短脉冲轴子探测实验的灵敏度与光子产量。
2025-10-27 hep-ph physics.plasm-ph
Probing the Cosmic Axion Background via Axion-Photon Conversion in Filaments
University of Chicago(芝加哥大学);Fermi National Accelerator Laboratory(费米国家加速器实验室)
研究通过宇宙丝状结构中轴子-光子转换产生的伽马射线背景通量,给出对轴子质量和轴子-光子耦合的新间接探测限制,针对特定暗物质,排除了一定参数空间,大磁场下还限制了部分QCD轴子参数空间。
2026-07-22 hep-ph
Constraining Axion Dark Matter with Big Bang Nucleosynthesis
我们表明,大爆炸核合成(BBN)显着约束类轴子暗物质。轴子的行为就像一个振荡的QCD $θ$角,在早期宇宙中发生红移,增加了中子冻结时的中子-质子质量差。类轴子粒子与QCD的耦合太强,导致BBN过程中4 He的产生不足,因此被排除在外。BBN边界与大部分参数空间重叠,这些参数空间将被提议的随时间变化的中子EDM搜索所覆盖。QCD轴子的耦合不足以影响BBN。
2014-02-05 astro-ph.CO hep-ph
Axion Cloud Decay due to the Axion-photon Conversion with Background Magnetic Fields
我们考虑了具有背景磁场的黑洞周围的轴子云。我们计算了由于轴子-光子耦合引起的轴子-光子转换引起的轴子云的衰变率。为了简单起见,我们考虑的情况下,轴子配置是占主导地位的本征值方程的解决方案等效的氢原子,耦合项可以通过连续微扰法进行评估。在黑洞背景下,我们发现轴子云的衰变率由$\sim q^2κ^2(GM)^5μ^8$给出,其中$μ$,$M$,$G$,$κ$和$q$分别是轴子质量,黑洞质量,引力常数,轴子-光子耦合常数和黑洞电荷.对于均匀的背景磁场,我们得到了轴子云的衰变率$\sim B_0^2κ^2 (GM)^7μ^6$,其中$B_0$是磁场强度。应用我们的公式在我们的星系中心的黑洞,我们发现,在均匀磁场的情况下的衰减率的值是可比的超辐射不稳定性与$κ\sim 10^{-12}{\rm GeV^{-1}}$,$B_0\sim 10^3{\rm G}$和$μ\sim 10^{-18}{\rm eV}$的增长率。对于具有相同参数值的双极磁场,该比率是$10^5$倍。
2021-06-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Probing Axions with Radiation from Magnetic Stars
最近的实验表明,偏振光子可以耦合到赝标量粒子,如轴子显着。我们研究了磁星,特别是中子星辐射的轴子-光子耦合的可能观测特征。我们提出了一般的方法来计算轴子光子转换的概率在传播过程中通过一个变化的磁化真空,以及通过一个不均匀的大气。部分轴子-光子转换可能发生在中子星外的真空区。强的轴子-光子混合由于大气中的共振而发生,并且取决于轴子耦合强度和其他参数,在共振处可以发生显著的轴子-光子转换。这种转换可能会对恒星的辐射光谱和偏振信号产生可观察到的影响。我们也将我们的结果应用到轴子光子在太阳和磁性白矮星中的传播。我们发现,在传播过程中,没有明显的太阳轴子到光子的转换。
2006-11-15 astro-ph hep-ph
Resonant photon-axion conversion driven by axion dark matter oscillations
Hangzhou Institute for Advanced Study, UCAS(杭州高等研究院);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学);State 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国家重点实验室);Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences(理论物理研究所)
本文提出由暗物质振荡驱动的共振光子-轴子混合机制,通过Floquet理论分析了其在天体物理观测中的潜在应用。
2026-10-14 astro-ph.HE hep-ph
Axion-photon conversion in stochastic magnetic fields
Kobe University(神户大学);Kyoto University(京都大学)
研究随机磁场中轴子-光子转换,通过假设高斯磁场,用功率谱表示光子强度和极化的期望值与方差,发现其与相关长度、传播距离和轴子质量有关,还揭示了极化、方差及圆极化峰值等特性及统计量间的一致性关系。
2026-07-14 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
New Limits on Axionic Dark Matter from the Magnetar PSR J1745-2900
轴子是一个很有希望的暗物质候选者,它被激发来解决强CP问题,也可能解决宇宙学的物质-反物质不对称性。在强磁场的存在下,轴子-光子转换是可能的,这样产生的光子将具有与轴子质量相等的能量。在这里,我们报告的银河系中心磁星PSR J1745-2900的射电光谱获得的轴向暗物质的新的限制。磁星有一个$1.6\times10^{14}$ G的磁场,它与暗物质密度$2\times10^5$到$2\times10^9$的相互作用,其密度比地球上的月相仪所遇到的当地暗物质大一倍,这取决于银河系的暗物质分布。在轴子质量范围4.1-165.6 $μ$ eV(1-40 GHz)的62%范围内没有检测到显著的光谱特征。对双光子耦合强度$g_{aγγ}$的通量限制的解释取决于磁层转换模型和银河系中心的暗物质密度。对于标准的暗物质分布,我们排除了具有$g_{aγγ}> $ 6-34 $\times 10^{-12}$ GeV $^{-1}$的轴子模型,在质量范围4.2-8.4,8.9-10.0,12.3-16.4,18.6-26.9,33.0-62.1,70.1-74.3,78.1-80.7,105.5-109.6,111.6-115.2、126.0-159.3和162.5-165.6 $μ$ eV。对于Sgr A* 附近恒星轨道所允许的最大暗物质尖点,这些极限降低到$g_{aγγ} > $ 6-34 $ \…
2020-08-25 astro-ph.CO hep-ph
Anisotropies in Non-Thermal Distortions of Cosmic Light from Photon-Axion Conversion
与光子耦合足够强的超轻轴子可以在背景磁场存在的情况下与宇宙光混合,以不同的频率在天空中留下印记。我们探索这种方向依赖的灰体扭曲的CMB光谱,增强了IGM等离子体中的共振条件。我们还发现,如果这样的轴子是在早期宇宙中产生的,并且代表了今天的次主导暗辐射成分,那么它们可以在超级空洞中转换为X射线,并以X射线频率使它们变亮。
2015-01-07 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Photon Ring Dimming as a Signature of Photon-Axion Conversion in Janis-Newman-Winicour Naked Singularity
本研究探究Janis-Newman-Winicour裸奇点附近的光子-轴子转换,发现质量小于100neV的光子可高效转换为轴子,转换概率受时空特征参数影响,观测特征为X射线与伽马能段光子环变暗,M87*等致密天体可作为探测候选体。
2025-02-20 astro-ph.GA gr-qc hep-ph
Neutron Star Cooling via Axion Emission by Nucleon-Nucleon Axion Bremsstrahlung
中子星通常通过发射伽马射线和中微子而冷却。但是,在中子星内部,也可以通过核子-核子轴子韧致辐射过程产生轴子。这些轴子的逃逸增加了中子星的冷却过程。我们探讨了中子星冷却的本质,包括轴子发射和比较我们的结果与情况下,中子星冷却的伽玛射线和中微子的排放。在我们的计算中,我们考虑了这种轴子能量损失率的简并和非简并极限以及由此产生的中子星的光度随时间的变化和表面温度随时间的变化。简而言之,我们研究了三种中子星质量(1.0,1.4,1.8太阳质量)的中子星的热演化,并考虑了不同质量的轴子($m_{a}=10^{-5}\rm{eV}, 10^{-3}\rm{eV}, 10^{-2}\rm{eV}$)的轴子辐射的影响,并与不考虑轴子辐射的情况进行了比较。我们将理论冷却曲线与PSR B 056 +14、Geminga和PSR B 1055 -52的观测数据进行了比较,最后给出了轴子质量极限$m_{a}\leq10^{-3}$ eV的一个上界,即轴子衰变常数$f_{a}\geq0.6\times10^{10}\hspace{1mm}\rm{GeV}$。
2019-02-07 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
Axion-Photon Conversion in Neutron Star Magnetospheres: The Role of the Plasma in the Goldreich-Julian Model
对轴子暗物质存在的最有希望的间接搜索是使用射电望远镜来寻找中子星磁层中轴子共振转换产生的窄谱线。不幸的是,大量的理论不确定性阻碍了这种搜索策略被完全接受为鲁棒的。在这项工作中,我们试图解决与等离子体的作用和影响有关的主要悬而未决的问题,包括:磁层中无线电光子的折射和反射是否会引起通量的强烈不均匀性,$(i)$的折射是否会引起过早的轴子-光子退相,$(iii)$光子-等离子体相互作用在多大程度上会引起谱线的加宽,$(iv)$的通量具有很强的时间依赖性,和$(v)$可以由轴子源的无线电光子被等离子体吸收。我们提出了一种基于光线跟踪的端到端分析管道,该管道利用最先进的自动微分算法将光子从转换表面传播到渐近大距离。采用电荷对称的Goldreich-Julian模型的磁层,我们表明,合理的参数应该期待一个强大的各向异性的信号,折射引起的轴光子退相,显着的线加宽,一个变量的时间依赖性的磁通量,并为足够大的磁场,各向异性吸收。我们的模拟代码是足够灵活的后续研究与大范围的磁层模型作为基础。
2022-07-04 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Resonant Conversion of Dark Matter Oscillons in Pulsar Magnetospheres
由于它们的高磁场和等离子体密度,磁共振雷达为超越标准模型(BSM)物理的测试提供了极好的实验室。当轴子或类轴子粒子(axion-like particles,ALP)足够接近光子时,它们可以共振转换为光子,产生戏剧性的电磁信号。我们讨论了从束缚配置的轴子,脉冲星磁层碰撞检测这样的信号的可能性。我们发现,所有的,但dendrified轴子星,$\textit{oscillons}$,潮汐破坏之前,共振转换可以发生。振荡可以有效地转换为光子,导致明亮,短暂的无线电闪光。使用现有的(甚大阵和LOFAR)和即将到来的(平方公里阵)无线电任务观测银河系隆起有可能探测到$m_a \in \left[0.1 \ μ\text{eV}, 200 \ μ\text{eV}\right]$范围内的轴子质量的此类事件,即使轴子在暗物质中所占的比例可以忽略不计。
2020-07-15 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
QCD Axion Conversion in Magnetospheres of Neutron Stars
Oriental Institute of Science and Technology(东方科学技术研究所)
本研究基于FPS EoS和TOV方程,在15 meV轴子质量与10^17 G中心磁场下分析磁化中子星的轴子发射及转换光子能谱,发现强磁场显著影响冷却速率与光度。
2026-11-04 hep-ph