Detecting the $π$-axiverse through parametric resonance
Brown University（布朗大学）；University of the Witwatersrand（威特沃特斯兰德大学）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences (HIAS-UCAS)（中国科学院大学杭州高等研究院）
本研究针对有别于弦轴子宇宙的$\pi$-轴子宇宙多轴子模型，探究轴子星不稳定性引发的光子参量共振辐射信号，通过数值方法确定MeerKAT等射电望远镜可探测的参数空间，推动多轴子-伸缩子暗物质的间接探测研究。
2025-08-06 hep-ph
Instability in magnetic materials with dynamical axion field
已经指出，轴子电动力学在背景电场的存在下表现出不稳定性。我们表明，不稳定性导致一个完整的筛选的一个特定的临界值以上的电场和多余的能量被转换成一个磁场。我们澄清了屏蔽效应的物理起源，并讨论了其可能的实验实现磁性材料中的磁波动的动态轴子场的作用。
2012-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech hep-ph
Axion Kinetic Misalignment and Parametric Resonance from Inflation
来自标准失准的轴子冷暗物质通常需要一个衰减常数$f_a~\gtrsim~10^{11}$ GeV。当径向Peccei-Quinn（PQ）对称破缺场取大的初始值时，动力学失调和参数共振容易允许较低的$f_a$值。在这里，我们考虑的影响，通货膨胀的动力失调和参数共振。我们假设初始的PQ场值是由量子涨落决定的，并且由膨胀期间的哈勃参数、$H_I$和PQ场质量来设置。PQ场振荡在温度$T_R$下充气后完成再加热之前或之后开始。我们确定的范围$f_a$和膨胀参数$(H_I, T_R)$一致的轴子暗物质的四次潜在的PQ字段。我们发现，$4\times 10^8$ GeV $< f_a < 10^{11}$ GeV可以持续产生轴子暗物质。允许的参数空间的一个重要部分预测罕见的K介子衰变，$K_L \rightarrow (π^0 + \rm{missing \; energy})$，和/或抑制小尺度上的结构形成。
2020-04-01 astro-ph.CO hep-ph
Axion Excitation by Intense Laser Fields
本文考虑了两个拍频电磁场对轴子的参数激励。这为利用现有的超强激光系统进行主动实验提供了一种新的思路。比较这一主动的实验概念与当今被动实验使用静态磁场。
2007-04-12 hep-ph
Josephson Parametric Amplifier in Axion Experiments
本文在轴子晕镜搜索实验中采用磁通驱动约瑟夫森参量放大器，在0.938-0.963 GHz频段实现低于110 mK的附加噪声，接近半量子噪声极限。
2023-04-20 cond-mat.supr-con hep-ph
Parametric-Resonance Production of QCD Axions
CAS Key Laboratory of Theoretical Physics, Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所理论物理重点实验室）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）；State Key Laboratory of Particle Astrophysics, Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所粒子天体物理国家重点实验室）；Physics Department, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Jinan University（暨南大学物理与光电工程学院物理学系）
研究通过宇宙学机制增强暗物质轴子产生，利用QCD相变时原初温度波动调制轴子质量触发参数共振，使暗物质丰度预测的轴子质量窗口变为\(10^{-4}-10^{-3} \, \text{eV}\)。
2026-07-07 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Electromagnetic instability of compact axion stars
本文通过完全非线性(3+1)数值相对论证明致密轴子星因电磁Chern-Simons项存在参数共振不稳定性，并给出临界耦合常数标度关系，表明超过该临界值后稳定轴子星必须是非致密的。
2023-02-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Plasma instability splits axion-photon conversion lines
University of Iowa（爱荷华大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）
本文研究轴子-光子转换在等离子体不稳定性下由单线分裂为多线，并指出蟹状星云脉冲星信号与此特征有定性相似但非证据。
2026-09-25 astro-ph.HE hep-ph physics.plasm-ph
How to suppress exponential growth -- on the parametric resonance of photons in an axion background
轴子-光子相互作用可以导致在冷轴子背景的存在下通过参数共振增强电磁场，对于频率接近轴子质量一半的模式。在本文中，我们研究了轴子动量色散的作用以及背景引力势的影响，它可以失谐的共振，由于引力红移。我们表明，通过分析以及数值计算，共振导致光子场的指数增长，只有当（a）轴子动量传播小于逆共振长度，和（b）引力失谐距离大于共振长度。对于现实的参数值，这两种效果强烈抑制共振，并防止光子场的指数增长。特别是，即使假设所有的暗物质都是由一个完全冷的轴子凝聚体组成，由于我们星系的引力势而产生的红移也阻止了光子在可观测频率范围内的共振。对于质量低于$\sim 10^{-13}\, M_\odot$的轴子团块，动量扩散条件更具限制性，而对于质量更大的团块，红移条件占主导地位。
2020-10-13 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Parametrics of electromagnetic searches for axion dark matter
轻的轴子状粒子出现在许多超越标准模型物理学的理论中，并且可能构成宇宙的部分或全部暗物质。它们可以耦合到标准模型的方法之一是通过电磁$F_{μν} \tilde F^{μν}$门户，并且有一个广泛的实验计划，涵盖了几十年的质量范围，旨在通过这种耦合寻找轴子暗物质。在本文中，我们推导出限制的吸收功率，耦合灵敏度，广泛的一类这样的搜索。我们发现，标准的技术，如谐振腔和介质haloscope，可以实现O（1）-最优的轴质量平均信号功率，对于给定的体积和磁场。对于低质量（频率$\ll$ GHz）轴子，使用静态背景磁场的实验通常具有抑制的灵敏度-我们讨论了这种限制的物理学，并提出实验方法来避免它，如微波上转换实验。我们也评论其他形式的暗物质，包括暗光子的检测，以及相对论性隐藏扇区粒子的检测。
2021-04-02 hep-ex hep-ph
Light Curves and Event Rates of Axion Instability Supernovae
最近有人提出，如果奇异粒子在恒星等离子体中产生并达到平衡，它们可以触发一种新的恒星不稳定性，这种不稳定性类似于e-e+对不稳定性。在这项研究中，我们构建了由新的不稳定性引起的轴子不稳定性超新星（AISN）模型来预测它们的观测特征。我们主要研究质量为~400 keV-2 MeV，与g_{ag} ~10^{-5} GeV^{-1}光子耦合的重类轴子粒子。结果表明，在恒星质量一定的情况下，ALP能显著提高56 Ni的质量和爆炸能量。结果表明，当ALP质量等于电子质量时，AISNe的光变曲线峰值出现的时间比标准的对不稳定性超新星的光变曲线峰值出现的时间早10--20天。此外，AISNe的事件率比对不稳定超新星的事件率高1.7- 2.6倍，这取决于初始质量函数的高质量截断。
2022-12-15 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
Radio-emission of axion stars
研究了致密轴子暗物质结构衰变为辐射光子的参数不稳定性。相应的天体--玻色（轴子）星、它们的星团和弥散轴子云--在后暴涨的佩西-奎因场景中大量形成。我们发展的一般描述参数共振结合有限体积效应，反作用，轴子速度和他们的（在）相干性。通过额外的粗粒化，我们的形式再现了维里化轴子与光子相互作用的动力学方程。我们推导出上述每一个对象的参数不稳定性的条件，以及在坍缩轴子星，评估光子共振模式和它们的增长指数。作为副产品，我们计算了玻色星和漫射轴子的受激发射，认为前者对射电背景的贡献较大。在QCD轴子的情况下，如果轴子-光子耦合超过原始KSVZ值两个数量级，玻色星发光，坍缩星辐射。后者的约束是减轻了几个附近的轴子星共振和缺席的轴子类粒子。我们的研究结果表明，参数效应可能会揭示自己的观测，从FRB过量的无线电背景。
2021-03-24 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Instability in axion inflation with strong backreaction from gauge modes
我们进行了分析研究的模型，其中暴胀，通过一个轴耦合到$U(1)$规范场，导致放大的规范场模式，强烈的反作用于其动力学的背景解的稳定性。为此，我们研究了与暴胀子零模耦合的规范场模的演化，微扰地处理暴胀子速度与其平均场值的偏差。只要系统是在强反作用制度，我们发现，暴胀子速度执行振荡的振幅增加的值，它会在近似的恒定速度，确认已观察到的数值研究中的不稳定性。
2022-09-20 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Gravitational radiation from an axion cloud around a black hole: Superradiant phase
基于超轻质量弦轴子的可能存在，我们研究了旋转黑洞周围轴子云的引力辐射。轴子云通过超辐射不稳定性吸收黑洞的旋转能量，同时通过发射引力波（GW）损失能量。本文将引力波视为固定背景时空上的微扰，导出能量发射率。对于轴子的康普顿波长远大于BH半径的情况，我们给出了一个解析的近似公式，然后，给出了没有近似的数值结果。通过GW发射的轴子云的能量损失率原来是小于通过超辐射不稳定性的轴子云的能量增益率，直到非线性的自相互作用的轴子变得重要。特别是，轴子玻色诺瓦必须发生在超辐射不稳定性的最后阶段。
2013-12-09 gr-qc hep-ph hep-th
Axion Instability Supernovae
如果新粒子足够重且耦合强度足够强，那么与标准模型耦合的新粒子可以在恒星核心中达到平衡。在这项工作中，我们调查的天体物理后果，这样的情况下，大质量恒星的状态方程纳入最先进的恒星结构代码的新贡献。我们专注于“宇宙学三角形”，一个区域的参数空间与$300{\rm\,keV} \lesssim m_a \lesssim 2$兆电子伏，$g_{aγγ}\sim 10^{-5}$ GeV $^{-1}$，目前没有排除其他考虑的轴子。我们发现，对于轴子质量$m_a \sim m_e $，核心中的轴子生产驱动一种新的恒星不稳定性，导致爆炸性核燃烧，要么驱动一系列质量脱落脉动，要么完全破坏恒星，导致一种新型的光学瞬态-\textit{Axion Instability Supernova}。我们预测，在这些理论中，上黑洞质量间隙将位于$37{\rm M}_\odot \le M\le 107{\rm M}_\odot$，从标准预测，这是一个大的位移，这是不利的LIGO/处女座/KAGRA GWTC-2引力波目录中的质量间隙的检测开始于$46_{-6}^{+17}{\rm M}_\odot$。此外，轴子不稳定性超新星比对不稳定性超新星更常见，使它们成为JWST的绝佳候选目标。在这项工作中提出的方法可以用来调查的天体物理后果的任何理论的新的物理，包含重玻色子粒子的任意自旋。我们提供工具来促进这些研究。
2022-05-25 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Axion, photon-pair mixing in models of axion dark matter
一个包含经典轴子场（暗物质的候选者之一）的轻轴子系统具有一种不稳定性，如果系统最初被某种微量的光子对混合所播种，这种不稳定性将以相干的方式迅速混合。我们开发了包含混合的方程，同时结合了足够的量子力学来消除对种子的需要。扩展到许多模式带来了许多有趣的问题。例如，在混合时间中不可避免的对数因子的论点减少了许多数量级;关于红移的担忧被搁置，就像那些与原始轴子状态的块状有关的担忧一样。我们进一步看到，在我们的解中，即使电磁场的充分发展状态也是完全非经典的。
2019-01-28 hep-ph
Sine-Gordon Parametric Resonance
本文研究服从Sine-Gordon方程的振荡标量场中涨落的不稳定性。我们给出了描述Sine-Gordon模型中参数共振的简单闭合形式解析解。共振的结构不同于通常用小角度近似波动方程得到的Mathieu方程。结果被应用到轴子宇宙学，在那里的经典轴子场的振荡，与正弦戈登自相互作用潜力，构成冷暗物质的宇宙。当QCD历元的轴子失准角$θ_0$较小时，轴子涨落的参数共振不显著。然而，在较大的$θ_0$区域，轴子微团簇会形成，共振可能是重要的。因此，轴子微团可能会分裂成更细、更密集的团块。我们还将正弦-戈登参数共振理论应用于自然暴胀情景下的再加热。暴胀子场的衰变仅仅由于自相互作用是无效的，但是与其他玻色子的耦合可以导致宽共振区的预热。加上费米子的预热，这可以改变自然暴胀的再加热场景。
1998-08-30 astro-ph hep-ph hep-th
Opening up the QCD axion window
我们提出了一种新的机制来耗尽的QCD轴子的能量密度，使衰变常数高达$f_a \simeq 10^{17}\,\rm{GeV}$可行的一般初始条件。在我们的设置中，轴子耦合到一个无质量的暗光子的耦合是适度强于轴子耦合胶子。当轴子场开始振荡时，通过快子不稳定性大量产生暗光子，并且可以实现轴子密度的指数抑制。对于参数空间的很大一部分，宇宙的暗辐射分量可以在即将到来的CMB实验中观察到。这种轴子密度的动态耗尽改善了膨胀尺度上的等曲率约束。在粒子产生开始之前，耗尽也放大了进入视界的尺度上的功率谱，可能导致轴子微团。
2018-03-16 hep-ph
Coherent versus incoherent amplification: from parametric resonance to the kinetic regime in stimulated axion decay
Università di Padova（帕多瓦大学）；INFN Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所帕多瓦分部）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Università degli Studi di Torino（都灵大学）
本文研究受激轴子衰变中相干与不相干放大的差异，揭示参数共振（$s\propto g_{a\gamma}$）与动力学行为（$s\propto g_{a\gamma}^2$）源于轴子场的相干性，并推导出统一的有效演化方程及交叉描述。
2026-10-07 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Vacuum Metastability from Axion-Higgs Criticality
本研究提出轴子-希格斯临界性模型，以与希格斯耦合的类轴子粒子（ALP）替代传统类矢量费米子实现电弱真空自组织临界性，预言ALP质量在MeV到10 GeV量级，其参数空间可通过未来多类实验探测，为电弱等级问题提供新的研究范式与可观测信号。
2025-05-19 hep-ph
Axion superradiance in rotating neutron stars
众所周知，对于大质量玻色子场，紧致引力物体存在束缚态构型。本文描述了中子星磁层中一类新的轴子束缚态超辐射不稳定性。这种不稳定性是由中子星的磁场中轴子模和光子模的混合引起的，它们从旋转的磁层中提取能量。与黑洞不同的是，超辐射所需的耗散提供了一个非厄米动力学在本文中来自恒星磁层中的电阻率所产生的有限的体积电导率。轴子场与光子模式混合，光子模式超辐射地散射离开磁层，提取旋转能量，然后将其沉积回轴子扇区，导致不稳定性。我们利用量子力学微扰理论推导了轴子-光子系统的超辐射本征频率，并与原子选择定则进行了类比。然后，我们比较的特征时间尺度的不稳定性的自旋下降的测量限制允许的角动量提取率从中子星的中子星。
2019-10-28 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Parametric-resonance based phenomenology of gravitating axion configurations
暗物质（DM）最引人注目的候选者之一是轻的赝标量粒子（轴子），其动机是弦论中的强CP问题和轴向场景。根据它们的质量和自相互作用的类型，这些粒子可以建立自引力结构，如紧凑的物体，DM团块甚至银河DM晕。另一方面，超辐射不稳定性可以产生长寿命的扩展配置（标量云），吸引周围的黑洞（BH）。由于这些标量是实数和谐波，它们与其他物质成分的相互作用可以引起参数共振，这可能导致它们的可观测特征。首先，我们考虑在这些轴子配置的测试粒子的轨道动力学，显示共振时可以发生，并讨论长期的轨道要素的演变。这种情况可能会导致我们银河系中超大质量BH周围的双星或S星的可观测后果。其次，我们讨论了均匀轴子组态中的电磁场不稳定性以及克尔黑洞周围的标量云。这些轴子光子共振可以淬灭超辐射不稳定性，同时在EM扇区产生可观察到的信号。我们给出了这些过程的速率的分析估计，与完全相对论的数值模拟有很好的一致性，并讨论了在这些不稳定性的BH附近的等离子体的影响。
2019-07-28 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Axion Superradiance in Dipole Magnetic Fields of Pulsars
本文研究毫秒脉冲星磁层中等离子体不稳定性驱动的轴子超辐射，计算偶极磁场中轴子云增长速率的半解析公式，并利用脉冲星PSR J0952-0607的计时约束质量约$10^{-12}$ eV的轴子-光子耦合，指出除非发现新的高自旋脉冲星，否则难以获得有竞争力的轴子界限。
2025-06-05 astro-ph.HE hep-ph
Dynamical evolution of axion condensates under stimulated decays into photons
暗物质轴子凝聚体可能经历受激衰变成光子对。这种效应通常被解释为光子从轴子-光子耦合的参数共振，导致光子占据数在一个狭窄的不稳定带的指数增长。以往的文献大多没有考虑光子增长对轴子场演化的影响。我们重新审视这种效果，提出一个平均场解的轴子光子动力学方程，光子数和对相关性。我们研究了没有轴子耗尽的极限，恢复了已知的不稳定性。此外，我们扩展的结果，包括一个可能的耗尽的轴子场。在这种情况下，我们发现轴子凝聚体表现出倒立摆的行为。我们讨论了两种不同的情况下，这些影响的相关性：一个均匀的轴子场在重组和本地化的轴子块，并讨论了可能导致的诱导光子背景的约束。
2020-04-29 astro-ph.CO hep-ph
Preheating Axions in String Cosmology
本研究针对弦暴胀模型中的轴子参数共振产生展开分析，通过推导动力学耦合与模依赖轴子质量导致的 Mathieu 方程推广形式，确定共振强度并应用于IIB型纤维暴胀模型，发现重轴子大量产生会约束参数空间以避免宇宙过闭合。
2024-11-28 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Photon enhancement in a homogeneous axion dark matter background
我们研究光子在均匀轴子暗物质背景中的传播。当激发衰变为两个光子的轴子时，光子场在以轴子质量的一半为中心的小带宽内表现出参数不稳定性。我们估计分析增强相干和非相干轴子字段，我们发现，这种效果可能是相关的背景下，miniclusters和星系晕。
2019-03-11 astro-ph.GA 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
Interaction of inhomogeneous axions with magnetic fields in the early universe
我们研究了在量子色动力学相变之后，当轴子获得质量时，早期宇宙中相互作用的轴子和磁场的系统。轴子和磁场都被认为是空间不均匀的。我们推导出这些场的空间谱的方程，它依赖于共形时间。在有磁场的情况下，我们处理了能量密度和磁螺旋度密度的谱。在平均场近似下，得到了封闭形式的演化方程。我们选取了与实际的原初磁场和轴子相对应的系统参数和初始条件。该系统的光谱方程数值求解。我们比较了非均匀和均匀轴子的情况。在这些情况下，磁场的演化仅在小的时间间隔内不同。通常，磁场主要由磁扩散驱动。我们发现均匀轴子的初始波函数放大后会产生磁场不稳定性。如果我们考虑到轴子的不均匀性，这种不稳定性就被抑制了。
2022-04-08 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
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
Parametric Instability of Classical Yang-Mills Fields in an Expanding Geometry
本文研究了在色磁背景场作用下，经典Yang-Mills场在膨胀几何中的线性不稳定性。我们考虑均匀的，升压不变的和时间相关的颜色磁场模拟玻璃体的配置。我们引入共形坐标，使我们能够将扩展问题近似映射为非扩展问题。我们发现，由于参数不稳定性，具有有限纵向动量的涨落可以指数增长。具有有限横动量的涨落也可以表现出参数不稳定性，但它们的动量被限制为很小。在重离子碰撞中，最不稳定的模在动力学的早期阶段开始指数增长，它们可能影响热化过程。
2015-12-01 hep-ph nucl-th
Dark photons and tachyonic instability induced by Barbero-Immirzi parameter and axion-torsion transmutation
本文通过最小和非最小耦合挠率研究Holst引力，将约束常数系数技术扩展至暗光子研究，推导出约0.775的BI参数，并探讨暗光子磁螺旋度不稳定性与轴子振荡频率对BI参数的依赖。
2024-12-21 gr-qc hep-ph
Constraints on Axion-photon coupling from the Global 21-cm Signal
McGill University（麦吉尔大学）；Institute for Basic Science (IBS)（韩国基础科学研究院）
研究通过全球21厘米观测分析轴子-光子耦合参数共振场景的约束，发现参数空间中存在满足观测限制和磁场及直接坍缩黑洞形成物理要求的可行区域。
2026-04-01 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Stability in Axion Inflation with Strong Backreaction from a Massive Vector Boson
University of Massachusetts Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）
研究具有大质量矢量玻色子强反作用的轴子暴胀模型，通过修正传统模型，发现大质量规范场可使向强反作用阶段的转变平稳，避免不稳定性，为现象学上可行的暴胀实现提供可能。
2026-07-28 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Dipole Radiation and Beyond from Axion Stars in Electromagnetic Fields
我们研究了在外部电磁场存在下，从相干振荡的、空间局部化的轴子场（轴子和轴子星）中产生光子。我们描绘了不同的定性行为的光子光度的一个有效的无量纲耦合参数构造出的轴子光子耦合，场振幅，振荡频率和半径的轴子星。对于这种无量纲耦合的小值，我们提供了一个一般的解析公式的偶极辐射场和光子光度每立体角，包括强烈依赖于配置的半径。对于中到大的耦合，我们报告的非单调行为的光度与耦合强度的存在下，外部磁场。在亮度随耦合强度的初始上升之后，我们看到在中等大的耦合下的抑制（与偶极辐射近似相比是一个数量级或更多）。在足够大的耦合，我们发现一个过渡到制度的指数增长的光度由于参数共振。我们进行3+1维晶格模拟的轴子电动力学，在小和大的耦合，包括非微扰效应的参数共振，以及在必要时的反反应效应。我们还讨论了介质（等离子体）的影响，导致共振轴子光子转换，相干性的孤子的相关性，以及我们的结果在天体物理和宇宙学设置的影响。
2021-03-22 astro-ph.CO hep-ph
Resonant Gravitational Wave Amplification - Axion and Inflaton
我们证明了随机引力波背景的参数放大过程中的暴胀再加热和轴子/模量振荡。这种放大增强了弦/暴胀重力波信号的可探测性，在光谱上留下了指纹，可能会被未来的引力波探测器发现。
1997-10-02 astro-ph gr-qc hep-ph
Self-interacting axion clouds around rotating black holes in binary systems
本研究首次探究含轴子自相互作用的双星系统旋近阶段轴子云演化，发现自相互作用下两类云团共存，其特征会印记在引力波相位修正中，且旋近阶段可能出现bosenova动力学不稳定性。
2024-12-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Parametric instability of classical Yang-Mills fields in a color magnetic background
为了研究超相对论重离子碰撞的早期动力学，我们研究了非膨胀几何中经典Yang-Mills场在含时空间均匀色磁背景场中的不稳定性.本文所考虑的背景规范场组态是空间均匀的和时间周期的，并且是由Berges-Scheffler-Schlichting-Sexty（BSSS）所暗示的。本文在Floquet理论的基础上讨论了BSSS背景规范场周围涨落不稳定带的整体结构，从而使我们能够系统地讨论涨落的稳定性。我们发现在$(p_z, p_T)$平面上有各种不稳定带。尽管$|\mathbf{p}| \leq \sqrt{B}$的增长率的动量依赖性类似于Nielsen-Olesen不稳定性，但这些不稳定带是由参数共振引起的。此外，还发现一些不稳定带不仅出现在低动量区，而且出现在高动量区，典型的不稳定带的数量级为$|\mathbf{p}| \sim \sqrt{B} \sim Q_{\rm s}$。
2015-04-12 hep-ph nucl-th
Accelerating dark-matter axion searches with quantum measurement technology
轴子粒子是解决量子色动力学强CP问题的一个优雅假设的结果，是宇宙学暗物质的一个合理起源。在寻找探测到轴子转化为微波光子的轴子暗物质时，与微波真空涨落相关的量子噪声将很快限制参数空间的搜索速度。在这里，我们表明，这种噪声可以部分克服，无论是通过压缩量子真空使用最近开发的约瑟夫森参数设备，或通过使用超导量子比特计数微波光子。最近证明的超导量子比特的能力，使微波光子的QND测量提供了很大的优势，破坏性的光子计数方法，如使用里德伯原子。
2016-07-19 hep-ph quant-ph
Gravitational Waves and Dark Photon Dark Matter from Axion Rotations
在早期宇宙中，一个在场空间中旋转的轴子可以通过快子不稳定性产生暗光子。这种爆炸性粒子的产生创造了随机引力波的背景，可以在脉冲星定时阵列或其他引力波探测器上看到。这种情况为暗光子暗物质提供了一个新的历史。暗光子可能是温暖的，在未来的21厘米线调查中可以检测到。对于一个相容的宇宙学，包含轴子的复场的径向方向必须是热化的。我们详细探讨了一个具体的热化机制，并演示了这种设置可以负责所观察到的重子不对称性的产生。
2021-04-05 astro-ph.CO hep-ph
Stimulated axion decay in superradiant clouds around primordial black holes
超辐射不稳定性会导致旋转黑洞周围产生极密集的轴子云。我们发现，尽管量子色动力学轴子的自发衰变到光子对的寿命很长，受激衰变成为显着的最小轴子密度以上，并导致非常明亮的激光。轴子质量$μ\gtrsim 10^{-8}\ \mathrm{eV}$可以达到激光阈值，这意味着旋转的原始黑洞周围的超辐射不稳定性与质量$\lesssim 0.01M_\odot$。虽然后者在形成时预计是不旋转的，但旋转的黑洞群可能是随后合并的结果。我们进一步表明，激光可以淬灭的Schwinger对生产，产生一个临界的电子-正电子等离子体的轴子云。然而，一旦湮灭使等离子体密度充分降低，激光就可以重新开始，导致多次激光爆发，直到黑洞旋转到足以消除超辐射不稳定性。特别是，质量为$\sim 10^{-5}\ \mathrm{eV}$的轴子和质量为$\sim 10^{24}$ kg的原始黑洞（这可以解释宇宙中所有的暗物质）会导致GHz射频范围内的毫秒爆发，峰值亮度为$\sim 10^{42}$ erg/s，这表明可能与观测到的快速射电暴有关。
2018-06-12 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Photon Production of Axionic Cold Dark Matter
利用非平衡量子场论，重新研究了平坦Robertson-Walker宇宙学中相干振荡轴子场的光子产生。首先忽略重子等离子体对光子的德拜屏蔽，我们发现轴子除了通过参量共振外，还通过旋节不稳定性耗散为光子。由于轴子-光子耦合的赝标量性质，我们观察到所产生的光子的圆偏振不对称性。然而，这些影响在膨胀的宇宙中被抑制到微不足道的水平。然后，我们简要地讨论了一个系统的方法，包括等离子体效应，可以进一步抑制光子的产生。我们注意到，这个问题的形式可以应用于一般弯曲时空中热背景下与光子耦合的任意赝标量场。
1999-09-08 astro-ph hep-ph
Decay of ALP Condensates via Gravitation-Induced Resonance
振荡的标量场凝聚体引起哈勃参数的小振幅振荡，这可以由于参数共振不稳定性而引起凝聚体的衰减[1]。我们发现，这种不稳定性可能会导致衰变的凝聚体的类轴子粒子（ALP）字段在辐射阶段的标准宇宙学相当通用的ALP参数值，与某些实验的目的是寻找ALP候选人可能的影响。作为一个例子，我们研究了这种不稳定性的QCD轴子的应用。我们还研究了诱导熵涨落的大小。
2023-03-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Imprints of Axion Superradiance in the CMB
轻轴子（$m_a \lesssim 10^{-10}$ eV）可以通过一种称为旋转超辐射的机制在快速旋转的天体物理学黑洞周围形成稠密的云。轴子和光子之间的耦合引起了一个参数共振，由轴子云的受激衰变引起，它可以迅速将大轴子数密度的区域转换为低能光子的巨大通量。在这项工作中，我们考虑的现象学意义的超辐射轴子云进行共振衰变。我们表明，从这样的事件产生的低能量光子将被吸收在宇宙学短距离，可能会引起大规模的冲击波，加热和加热的IGM超过Mpc尺度。这些冲击波可能以各向异性光谱畸变或光学深度中的不均匀特征的形式留下可观察到的印记。
2020-11-03 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
Cosmological perturbations for ultra-light axion-like particles in a state of Bose-Einstein condensate
对于像轴子这样的超轻标量粒子，暗物质可以形成具有相干经典波的玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）状态，其波长为星系尺度。在质量为$m$的振荡标量场的上下文中，这种BEC描述相当于在$m \gg H$状态下对哈勃时间尺度$H^{-1}$上的场振荡进行积分。我们提供了一个规范不变的广义相对论框架来研究与复标量场相关的自相互作用BEC中的宇宙学扰动。特别是，我们明确地显示从完美的流体BEC的差异，考虑到冷暗物质，重子，辐射作为一个Schutz-Sorkin描述的完美流体。我们还审查了常用的牛顿处理的准静态近似的基础上的扰动深处的哈勃半径的准确性。对于一个标量场，它开始振荡后，物质辐射平等，我们表明，BEC形成后，一个负的自耦合几乎不会导致拉普拉斯不稳定性的BEC密度衬度。这是由于在非相对论BEC描述的有效性范围内，拉普拉斯不稳定性并没有压倒自相互作用的引力不稳定性。我们的分析不适应制度的参数共振，这可能会发生一个大的字段对齐过程中的瞬态时期之前的BEC形成。
2021-03-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Renormalization group analysis of superradiant growth of self-interacting axion cloud
由于可以从黑洞周围的轴子凝聚体（轴子云）中观测到引力波，因此人们对考虑快速旋转黑洞周围的超轻标量场（尤其是轴子）有着浓厚的兴趣。基于这一考虑，我们提出了一种新的方法来研究快速旋转黑洞周围具有自相互作用的超轻标量场的动力学行为，即利用动力学重整化群方法.我们发现，对于相对论云，饱和的超辐射不稳定性的散射的轴子由于自相互作用不会发生在弱非线性制度时，我们考虑的绝热增长的云从一个单一的超辐射模式。这可能表明，对于相对论性的轴子云来说，一种被称为博森诺瓦的爆炸现象可能不可避免地发生，至少在其进化史上发生过一次。
2021-03-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Audible Axion Magnetogenesis: Linking Intergalactic Magnetic Fields and Gravitational Waves
Johannes Gutenberg-Universität Mainz（约翰内斯·古腾堡美因茨大学）；Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）；Goethe University（歌德大学）
本文研究了轴子通过陷阱失配机制产生引力波和星系间磁场的关联，探讨了轴子与标准模型光子耦合在宇宙早期产生的超冷却效应及由此引发的引力波信号和磁场生成。
2026-05-20 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
