Quantum current dissipation in superconducting strings and vortons
本文讨论了具有玻色超导性的宇宙弦的电流稳定性。弦的非零曲率一般会引起载流粒子的量子不稳定性。它的衰减率探索各种类型的模型参数,弯曲的字符串形状,和衰减过程。作为宇宙学的应用,通过评估宇宙学演化来检查弦网络中超导弦的稳定性以及宇宙涡旋的稳定性。零模以及因此的涡顿在各种情况下都不稳定,例如,在弦外的载流粒子质量和弦张力之间有一个层次,或者载流粒子与轻粒子(如标准模型粒子)有相当大的耦合。
2023-01-20 astro-ph.CO hep-ph hep-th
High Redshift Gamma-Ray Bursts: Observational Signatures of Superconducting Cosmic Strings?
高红移的伽马射线暴(GRB),GRB 080913和090423,挑战传统的GRB祖先模型的短持续时间,典型的短GRB,和他们的高能量释放,典型的长GRB。同时,从高红移伽玛暴中推断出的伽玛暴速率也明显超过了普通恒星形成历史的巨星模型的预测。我们表明,所有这些矛盾可以自然地消除,如果我们归因于一些高红移伽玛暴的超导宇宙弦的电磁爆发。高红移伽玛暴可能成为检验超导宇宙弦模型的一种合理方法,因为宇宙弦爆发的事件率随着红移的增加而迅速增加,而伽玛暴的事件率则下降。
2010-06-11 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Radio bursts from superconducting strings
我们表明,来自超导弦尖端的无线电爆发是线性极化的,因此,提供了一个可用于将它们与天体物理源区分开来的特征。我们写的事件率弦产生的无线电瞬变观测变量,即事件持续时间和流量。假设一组规范的观测参数,我们发现爆发事件率可以是相当合理的,例如,对于具有100 TeV电流的大统一弦来说,每年有10个订单,并且缺乏观测到的无线电爆发可能会对粒子物理模型产生强烈的限制。
2012-01-30 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Pinching instabilities in superconducting strings
超导宇宙弦在参数空间的某些区域可以表现出纵向的箍缩不稳定性。我们使用薄弦近似(TSA)预测这种不稳定性的发生,并开发了一种改进的分析,仍然适用于小波长扰动,TSA故障。我们使用扰动字符串的模拟来评估TSA的准确性,测试我们的新分析的预测,并证明在文献中以前的方法的改进。值得注意的是,它似乎是典型的不稳定性存在于一个更大的范围内的磁串比以前预期的,我们显示的例子,也发生在电字符串的捏不稳定性。然而,我们的模拟和预测都同意,手征极限附近的弦是免费的捏不稳定性,特别是我们的结果支持我们以前发表的声明,涡子可以是稳定的所有经典扰动,如果它们足够大。
2022-12-13 astro-ph.CO hep-ph hep-th
The Wouthuysen Field Absorption Trough in Cosmic Strings Wakes
宇宙弦尾流中的重子密度增强导致这些弦尾流中的自旋温度与气体动力学温度的耦合比星系际介质(IGM)中的耦合更强。Wouthuysen场(WF)效应有可能增强这种耦合,以至于它可能导致目前计划中的射电望远镜项目中最强和最干净的宇宙弦签名。在这里,我们认为这种增强的假设下,X射线加热是不显着的。我们表明,这种效应在宇宙弦尾流的大小导致亮度温度至少两倍以上的负面比周围的IGM。如果SCI-HI [1,2]或EDGES [3,4]实验证实宇宙气体中存在WF吸收槽,那么在z = 10至30的21 cm红移测量中,宇宙弦尾流应该会清晰地出现。
2014-11-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Interactions between several types of cosmic strings
本文利用点源形式和梯度流方法研究了局部、全局及玻色超导弦等多种静态直宇宙弦间的相互作用,发现玻色超导弦相结构更丰富且交叉处易形成束缚态。
2023-09-11 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Massive black holes at high redshifts from superconducting cosmic strings
类星体在高红移的观测呈现出黑洞形成理论中的一个谜团。为了寻找这些物体的来源,人们通常依赖于早期在适当位置存在的重种子($M \approx 10^{4-6} \, M_{\odot}$)。不幸的是,这些沉重的种子的形成很难在标准的天体物理学背景下实现。在这里,我们研究超导宇宙弦环是否可以在早期宇宙中产生足够强的超密度来解决这个谜团。我们回顾了一组直接坍缩条件下,原始气体云将进行整体坍缩成一个大质量黑洞(形成质量为$M_{BH} \approx 10^5 \, M_{\odot}$在$z \approx 300$在我们的方案),并系统地显示超导宇宙弦环可以满足这些条件的区域中的$Gμ-I$参数空间。
2022-02-03 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Stability of Superconducting Strings
本文通过经典与量子分析及格点模拟,研究超导弦作为弦与费米子零模束缚态的稳定性,确认其弛豫至涡子构型,并揭示零模衰变机制,发现宽零模波函数可增强涡子稳定性。
2024-12-16 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Emission of gravitational waves by superconducting cosmic strings
研究了超导宇宙弦的引力辐射发射效率$Γ$。我们证明,通过使用一个可解模型的跨音速字符串,电流的存在导致抑制的引力发射的尖点,扭结和不同类型的循环。我们还表明,当电流存在时,发射的频谱与尖点的循环是指数抑制的谐波模式的增加,从而显着不同的幂律谱无电流的循环。此外,我们还建立了$Γ$与宇宙弦电流值之间的唯象关系。我们推测,这个关系应该是有效的任意类型的载流字符串。我们利用这一结果来研究电流对宇宙弦产生的随机引力波背景的潜在影响,并表明谱的振幅和形状可能会受到显着影响。
2022-09-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmological and astrophysical constraints on superconducting cosmic strings
本文研究了超导宇宙弦的宇宙学和天体物理学约束。SCS环发射强烈的电磁波爆发,可能影响各种宇宙学和天体物理学观测。我们考虑到CMB各向异性的影响,CMB黑体光谱,BBN,对无线电波爆发和X射线或伽马射线事件的观测意义,和随机引力波背景测量脉冲星计时实验。然后,我们从当前的观测和估计的前景检测SCS签名正在进行的观测SCS参数的约束。因此,我们发现,这些限制排除了广泛的参数区域,也正在进行的无线电波观测可以探测大的参数空间。
2012-12-30 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Superconducting strings in the two-Higgs doublet model
本文在具有规范$U(1)$ Higgs-family对称性的two-Higgs doublet model中提出了超导涡旋解,通过ansatz研究其性质,利用3D数值模拟验证稳定性并探讨其普遍性及潜在后果。
2025-07-16 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Superconducting Strings in $E_6$
本文研究$E_6$大统一理论中的超导弦,通过通量匹配保证单极子隧穿兼容性,识别两类含相关零模的现实模型,分析其引力波、暗物质、重子不对称性等物理意义及拓扑稳定弦的特性。
2025-10-22 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Dynamical simulations of colliding superconducting strings
本研究通过三维数值模拟探究U(1)局域×U(1)整体场论模型中超导弦的碰撞,分类了四类末态,明确了运动学参数及标量场耦合对碰撞结果的影响规律。
2024-06-21 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Semianalytic calculation of cosmic microwave background anisotropies from wiggly and superconducting cosmic strings
我们研究了世界片电流的存在如何影响宇宙弦网络的演化,以及它们对这些网络产生的宇宙微波背景(CMB)各向异性的预测的影响。我们提供了一个一般性的描述弦网络的电流和明确调查详细的两个物理动机的例子:摆动和超导宇宙弦网络。通过使用修改后的版本的CMBact代码,我们定量地显示了在这两种情况下的相关网络参数如何影响预测的CMB信号。我们的分析表明,以前的研究高估了摆动弦的各向异性的幅度。对于超导弦,各向异性的幅度取决于目前还不为人所知的参数,但这些参数可以在未来的高分辨率数值模拟中测量。
2020-10-20 astro-ph.CO hep-ph
Can Superconducting Cosmic Strings Piercing Seed Black Holes Generate Supermassive Black Holes in the Early Universe?
当宇宙只有9亿年的时候,大量红移为$z > 6$的超大质量黑洞(SMBH)的发现提出了这样一个问题:如此巨大的致密物体如何在宇宙学上的短时间间隔内形成。每一个标准的方案,包括种子黑洞的快速吸积或黑洞合并,在解释超大质量物体的短时间形成时都面临着严重的理论困难。在这项工作中,我们提出了一个替代方案的形成SMBH在早期宇宙中,能量转移从超导宇宙弦穿透小种子黑洞是主要的物理过程,导致快速的质量增加。作为一个玩具模型,考虑了两个载恒流对极弦穿过的种子黑洞的吸积率。使用一个有效的行动的方法,其中包括一个大类的超导弦模型的唯象,我们估计所需的最小电流形成SMBH与质量的顺序$M = 2 \times 10^{9}M_{\odot}$由$z = 7.085$。这相当于为类星体ULAS J112001.48+064124.3提供动力的中心黑洞的质量,并被视为早期SMBH形成的测试案例。对于GUT尺度的弦,由于电流的存在,弦能量密度所需的分数增加是$10^{-7}$阶,因此它们的存在与弦张力的当前观测界限保持一致。此外,我们考虑了一个“奇异”的情况下,一个SMBH产生时,一个小的种子黑洞是由一个更高的维度$F-$字符串,由弦论预测刺穿。我们发现,拓扑缺陷弦和基本弦都能够携带足够大的电流,通过我们提出的机制产生早期SMBH。
2017-12-07 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Stochastic Gravitational Wave Background from Chiral Superconducting Cosmic Strings
本研究推导了超导宇宙弦环的矢量辐射效率,计算了手征超导宇宙弦网络的随机引力波背景,发现强耦合抑制信号而中等耦合可探测,且超导性有助于与脉冲星计时数据协调。
2025-03-25 astro-ph.CO
Constraining Gravitational Waves from Superconducting Cosmic Strings with the Dark Ages $21$-cm Signal
Joint Institute for Nuclear Research(杜布纳联合核子研究所)
该研究采用CVOS模型计算超导宇宙弦的SGWB,发现黑暗时代21厘米信号可约束其参数空间,排除大量可行参数,凸显月球21厘米实验与引力波观测台的互补性。
2026-08-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Superconducting cosmic strings as sources of cosmological fast radio bursts
本文计算了三种结构的超导宇宙弦的射电爆发信号。在考虑了散射和相对论效应等观测因素的基础上,利用超导弦的理论参数$Gμ$和$\mathcal{I}$,导出了射电暴的事件率与红移的关系。我们的分析表明,尖点和扭结可能有显着的贡献的事件率,在大多数情况下尖点将占主导地位的贡献,而扭结扭结碰撞往往有次要影响。通过用快速射电暴的归一化数据拟合理论预言,我们首次对超导弦的参数空间进行了约束,并报道了$Gμ\sim [10^{-14}, 10^{-12}]$和$\mathcal{I} \sim [10^{-1}, 10^{2}] ~ \rm{GeV}$的参数空间与观测值的拟合情况,尽管由于观测数据的缺乏,统计意义不大。此外,我们得到了两种类型的最佳拟合,一个是由尖点与红移$z = 1.3$为主,和其他主导的扭结的范围内的最大事件率。
2017-11-03 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Implications of fast radio bursts for superconducting cosmic strings
在宇宙磁场中振荡的超导宇宙弦环可以产生强波束、短持续时间的电磁暴。我们证明,SCS爆发的基本特征,如电磁频率和能量释放,可以一致地表现在最近发现的快速射电暴(FRB)。此外,还首次证明了FRB的红移分布也可以用SCS爆发模型很好地解释。FRB和SCS爆发之间的这种一致性表明FRB可能起源于SCS爆发,因此它们可以为研究SCS提供有效的探针。模型参数的计算结果表明,产生FRB的环具有较小的长度尺度,且主要形成于辐射主导的宇宙学时期。
2014-11-06 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Detecting Ultralight Bosonic Dark Matter via Absorption in Superconductors
超导目标最近被提出用于直接检测暗物质,如keV的光,通过弹性散射的传导电子在库珀对。探测这种轻的暗物质需要对小到O(meV)的超导能隙的能量敏感。在这里,我们表明,这些相同的超导设备可以检测到更轻的DM,meV至eV的质量,通过暗物质吸收传导电子,然后由一个非热声子的发射。我们证明了这种设置的权力遗物动力学混合隐藏的光子,伪标量和标量,显示的范围可以超过目前的天体物理和地球的限制,只有适度的曝光。
2016-04-22 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Constraints on the spectral signatures of superconducting cosmic strings
本研究利用改进的分析形式和 CosmoTherm 热化代码,分析了超导宇宙弦网络向背景注入电磁能量的过程,更新了来自 CMB 光谱畸变、电离历史、全球 21cm 信号及低频射电背景等多数据集对弦模型参数的约束,并预测了未来 PIXIE 卫星的探测潜力。
2023-05-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmological evolution of Witten superconducting string networks
本文利用 CVOS 模型研究 Witten 超导宇宙弦网络的非线性演化,发现临界电流仅在特定条件下影响网络标度行为并改变观测预测,而无外部源时物质时代的电流会逐渐消失。
2023-03-31 astro-ph.CO astro-ph.HE
On the Constraints on Superconducting Cosmic Strings from 21-cm Cosmology
本研究首次利用21厘米功率谱和全局信号数据等联合贝叶斯分析限制超导宇宙弦,发现因早期星系X射线发射效率的不确定性,当前测量无法施加强限制,但未来软光子加热有望打破简并性以实现有效探测。
2024-02-15 astro-ph.CO
Generalised velocity-dependent one-scale model for current-carrying strings
我们发展了一个定量描述超导宇宙弦网络演化的解析模型。具体来说,我们扩展了速度依赖的单尺度(VOS)模型,将任意电流和电荷的宇宙弦世界表下的两个主要假设,我们也讨论了其有效性。我们推导出方程,描述弦网络演化的四个宏观参数:平均弦分离(或可选的字符串相关长度)和均方根(RMS)的速度,这是VOS模型的基石,连同参数描述的平均类时和类空电流的贡献。我们表明,我们的扩展描述再现的特殊情况下,摆动和手征宇宙弦,以前在文献中研究。这种VOS模型使研究超导宇宙弦网络的演化和可能的观测特征能够用于更一般的状态方程,这些机会将在配套论文中得到利用。
2020-11-19 astro-ph.CO hep-ph
UHE neutrinos from superconducting cosmic strings
超导宇宙弦自然地从尖点发射高度增强的电荷载流子。当宇宙弦或环穿过磁场并产生电流时,就会发生这种情况。电荷载流子及其衰变产物,包括质子、光子和中微子,作为具有张开角$θ\sim 1/γ_c$的窄喷流发射,其中$θ\sim 1/γ_c$是尖点的洛伦兹因子。弦中电流的激发主要发生在星系团中,其特征是磁场$B \sim 10^{-6}$ G和填充因子$f_B \sim 10^{-3}$。两个弦参数决定了粒子的发射:对称性破缺尺度$η$,对于成功的应用来说应该是$10^{12}$ GeV的量级,以及无量纲参数$i_c$,它决定了最大感应电流为$J_{max} =i_c e η$,发射电荷载流子的能量为$ε_x \sim i_c γ_c η$,其中$e$是粒子的电荷。对于上述参数$η$和$B$,洛伦兹因子达到$γ_c \sim 10^{12}$,最大粒子能量可高达$γ_cη\sim 10^{22}$ GeV。UHE中微子的扩散通量接近级联上限,可以被未来的中微子观测站探测到。这个模型的特征是:中微子的能量非常高,超过了$10^{20}$ eV,中微子与星系团的相关性,在超大型探测器(如JEM-EUSO)的视场中同时出现几个中微子产生的簇射,以及来自室女座星系团的10 TeV伽马辐射。来自尖点的UHE质子通量可能占最高能量下观察到的事件的很大一部分。
2010-11-04 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-th
Revisiting constraints on superconducting cosmic strings in light of Dark Ages global 21-cm signal
本文同时考虑衰变超导宇宙弦的电离与射电辐射,利用黑暗时代全球21厘米信号在$z\sim89$处偏离ΛCDM的变化,给出衰变效率参数上限。
2025-10-21 astro-ph.CO