Laboratory constraints on ultralight axion-like particles from precision atomic spectroscopy
本研究利用原子跃迁频率比随时间变化的精密测量,在低质量区获得了对超轻类轴子粒子暗物质的领先实验室约束,并提出后续提升灵敏度的测量方向。
2023-12-06 hep-ph physics.atom-ph
Phenomenology of ultralight scalars in leptonic observables
超轻标量是一种比模型中任何其他大质量粒子都要轻或完全没有质量的状态,它出现在许多新的物理场景中。轴子和majorons构成了这类粒子的很好的例子。在这项工作中,我们探讨这些国家的现象,在低能量轻子观测采用模型独立的方法,包括标量和赝标量相互作用。然后,我们考虑直接产生超轻标量$ϕ$的过程,如$μ\to e \, ϕ$,或作为介体,如$τ\to μμμ$。最后,还研究了带电轻子磁矩和电矩的贡献。特别是,它表明,μ子$g-2$异常可以解释提供一种机制,用于抑制超轻标量和一对μ子之间的耦合的实验界限。
2021-04-29 hep-ph
The self-attractive ultralight axion and its time scale of collapsing in general relativistic framework
本文在广义相对论框架下利用自吸引超轻轴子暗物质的坍缩临界条件,估算高红移超大质量黑洞形成的时间与长度尺度,为其及JWST所见小红点的轴子起源提供理论支持。
2025-01-07 hep-ph
Plasma Effects on Lasing of Uniform Ultralight Axion Condensate
由于超轻轴子凝聚体与电磁场的耦合,将其激光化为光子对背景等离子体的存在很敏感。这种情况特别适用于恒星质量黑洞周围的超辐射轴子凝聚,因为轴子质量可以在周围介质等离子体频率的几个数量级内。本文讨论了黑洞周围等离子体的性质,并分析了等离子体对等离子体频率量级的均匀轴子凝聚体激光的影响。
2018-11-19 astro-ph.HE hep-ph
Mass Generation for an Ultralight Axion
如果一个整体手征对称性被非阿贝尔规范理论中的反常现象明确破缺,那么与这种整体对称性的自发破缺相关联的一个伪南武-戈德斯通玻色子(轴子)通过非微扰瞬子效应获得质量。我们假设超对称SU(2)规范理论计算了轴子的质量,并证明了当SU(2)规范对称性在很高的能量下(比如在普朗克尺度下)被破坏时,轴子的质量非常小.我们确定了轴子与一个假设的超轻玻色子场提出了一个小的,但非零的宇宙学常数建议从最近的宇宙学观测。
1999-11-12 astro-ph hep-ph
Ultralight axion and modern cosmology tensions
该研究提出弦理论启发的轴子模型,旨在统一解决哈勃张力、随机引力波背景起源及高红移超大质量黑洞过早形成等现代宇宙学难题。
2024-10-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Planck Data and Ultralight Axions
我们研究了光子-轴子混合对CMB的影响。我们表明,如果有非常undersense区域之间的我们和最后的散射表面,其中包含相干磁场(其强度可以是数量级弱于当前的界限),然后光子轴子混合可以引起可观察到的偏差的CMB频谱。具体来说,我们表明,混合可以引起非热点的CMB天空。作为一个例子,我们考虑众所周知的CMB冷点,根据普朗克数据有一个弱的扭曲,从一个黑体光谱,可以通过我们的模型。虽然这种对冷点区域非热性的解释相当有趣,但光子-轴子振荡并不能解释冷点本身的温度。尽管如此,我们证明了可能的敏感性的CMB超轻轴子,可以利用观察员。
2014-05-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Implication of nano-Hertz stochastic gravitational wave background on ultralight axion particles
针对脉冲星计时阵列观测到的随机引力波背景,研究通过分析克尔黑洞与超辐射轴子云构成的引力原子能级跃迁,结合贝叶斯分析支持约10⁻²¹eV超轻轴子解释,其质量与模糊暗物质典型值一致。
2024-11-29 astro-ph.HE hep-ph
Ultralight scalar and axion dark matter detection with atom interferometers
Shandong University of Aeronautics(山东航空学院);Innovation Academy for Precision Measurement Science and Technology, Chinese Academy of Sciences(中国科学院精密测量科学与技术创新研究院);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学)
本文提出利用原子干涉仪探测超轻标量和轴子暗物质,通过计算差分相移给出耦合参数约束,有望提升探测灵敏度并与其他实验互补。
2024-01-30 hep-ph
Imprints of ultralight axions on the gravitational wave and pulsar timing measurement
该研究针对超轻类轴子这一暗物质候选者,分析其黑洞超辐射云耗散对中子星-黑洞双星引力波形的影响,对比相关效应并探讨现有与未来空间引力波探测的约束及可探测性。
2023-12-19 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Ultralight Particle Dark Matter
我们回顾了超轻粒子在标准模型之外的弱耦合物理情况,特别是轴子和类轴子粒子(ALP):(i)强CP问题的轴子解及其在标准模型的合理扩展中的嵌入;(ii)宇宙中冷暗物质由轴子和类轴子粒子组成的可能性;(iii)ALP对TeV光子的宇宙异常透明性的解释;(iv)轴子或ALP对白矮星的异常能量损失的解释。此外,我们提出了一个正在进行的和不久的将来的实验室实验,寻找轴子和ALP:haloscopes,helioscopes,和光照射通过一个墙实验的概述。
2013-10-04 astro-ph.CO hep-ph
Multiple Ultralight Axionic Wave Dark Matter and Astronomical Structures
一种质量为$m_1 \simeq 10^{-22}$ eV的超轻标量玻色子作为暗物质(DM)的候选者越来越受到信任,它可以将矮星系的暗核心解释为孤子波。这样的玻色子在弦论中被自然地解释为一种普通的轴子,在这种背景下,我们预测了多个轻轴子。我们研究了孤子结构的可能性在很宽的尺度范围内,占星系核心质量和核星团的共同存在。我们提出了一个诊断孤子核心质量半径图,提供了一个全球性的观点,表明存在一个额外的轴子质量$m_2\simeq 10^{-20}$电子伏特,与质量$m_3 \gtrsim 0.5 \times 10^{-18}$电子伏特的第三个轴子的可能性。我们还认为,测量这些轴子的相对质量密度是一致的宇宙学生产通过错位机制。
2020-05-09 astro-ph.GA 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} ) $)极限的轴子暗物质。我们认为,这些模型的后期宇宙宇宙学,表明要求轴子有一个物质的功率谱相匹配的冷暗物质约束的轴子耦合到可见光扇区的大小。将这些限制与当前和未来的实验努力进行比较,我们发现许多搜索需要与标准模型场具有异常大耦合的轴子,而与轴子在早期宇宙中的分布无关。我们调查的机制,可以减轻的界限,即,引入大的费用,各种形式的动力学混合,发条结构,并施加离散对称性。我们为每种情况提供了一个明确的模型,并探讨其现象和可行性,以产生可检测的超轻轴子暗物质。
2021-01-08 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
A fresh look on the limit on ultralight axion-like particles from SN1987A
我们重新审视了非常轻的类轴子粒子(ALP)的限制,从没有伽马射线与中微子爆发从SN 1987 A巧合。我们使用最新的超新星模拟,现代模型的磁场内的银河系,和Primakoff截面,考虑到质子简并和质量减少的影响。最后,我们给出了一个更新的排除图的电磁耦合的亚电子伏ALP,比较我们的新的约束与其他限制,以及与未来的ALP搜索。
2014-10-16 astro-ph.HE hep-ph
Dark Matter with Light and Ultralight Stückelberg Axions
从毫电子伏特范围到超轻的具有可变质量的类轴子粒子的场景,可以在具有异常$U(1)$规范对称性的有效场论模型的背景下以自然的方式产生。它们包括5维运营商定义的耦合的轴子规范异常。它们在普通规范理论的领域中为这种粒子提供了一种模型的实现,这种粒子避开了普通(Peccei-Quinn)轴子通常的质量/耦合约束,是自然的暗物质候选者。作为对这些模型的说明,我们概述了其中两种情况。其中一个是围绕着次最小MSSM(NMSSM)建立的,这是一个被称为USSM-A的模型,它说明了如何使用Stückelberg超多重态来产生两个暗物质候选者,一个是包含来自Stückelberg扇区的轴子成分的中性伴子,另一个是轴子($\textrm{Im}\, b$)。复Stückelberg场的实分量带有类光子($\textrm{Re}\, b\, FF$)相互作用。在第二个模型中,非超对称的,Stückelberg尺度被提升到大统一时代。在这种情况下,轴子质量可以是超轻的($\sim 10^{-20}$ eV)。在大统一理论相变产生的周期势和相应的振荡与德布罗意波长可以是亚银河系的粒子有关。类似的分析也可以用于超对称场景。
2020-05-05 hep-ph
New generation low-energy probes for ultralight axion and scalar dark matter
我们提出了一个简要的概述,新一代的高精度实验室和天体物理测量,以寻找超轻(亚电子伏)轴子,轴子类赝标量和标量暗物质,形成一个相干凝聚或拓扑缺陷(孤子)。在这些新的探测方法中,所寻求的效应在暗物质和普通物质之间的相互作用常数中是线性的,这与传统的暗物质搜索形成鲜明对比,在传统的搜索中,所寻求的效应在潜在的相互作用常数(非常小)中是二次或更高阶的。
2015-06-28 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Searches for ultralight vector and axion dark matter with KAGRA
本研究提出用激光干涉引力波探测器搜寻超轻矢量与轴子暗物质,综述了日本KAGRA探测器的相关进展,含2020年首次矢量暗物质搜寻及2025年观测运行的轴子搜寻偏振光学装置安装计划。
2025-01-16 astro-ph.IM hep-ph physics.optics
Accurate effective fluid approximation for ultralight axions
超轻轴子在理论上是有趣的和现象学上丰富的暗扇区候选者,但由于它们的快速振荡,很难在宇宙学时间尺度上跟踪它们。我们通过开发一种新的方法来解决这个问题,以有效和准确地进化它们。我们首先构建一个确切的有效流体,在后期匹配的轴子,但在一个简单的方式演变。然后,我们用精心选择的状态方程和声速来近似这种演化。与我们的计划,我们发现,我们可以获得subpercent精度的线性理论抑制的轴子密度波动相对于冷暗物质,甚至没有跟踪一个完整的振荡的轴子场。我们用我们的技术来测试其他的近似方案,并提供一个拟合公式的线性理论中的物质功率谱的传递函数在轴子模型。在现有的宇宙学轴子代码中实现我们的方法是简单的,将有助于释放高精度下一代实验的潜力。
2022-06-24 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Dark Matter as Ultralight Axion-Like particle in $E_6 \times U(1)_X$ GUT with QCD Axion
类轴子场是由普朗克尺度下一个或多个反常规范阿贝尔对称性的反常抵消机制自然产生的,它是从弦理论的无质量玻色子扇区中出现的一种二形式的反常抵消。这暗示了在场论水平上的格林-施瓦茨反常抵消机制的类比,其结果是一个或多个施图克尔伯格伪标量。在单一斯图克尔伯格赝标量$b$的情况下,早期宇宙在大统一尺度下相变时的真空错位为$b$的一个组成部分提供了一个小质量--由于周期势的瞬子抑制--表示为$χ$,并被称为“axi-Higgs”,这是一种物理上的轴子状粒子。轴-希格斯粒子通过Wess-Zumino项与规范扇区的耦合被普朗克质量所抑制,这保证了它的解耦,而它的失准角与$M_{GUT}$有关。我们建立了一个具有反常$U(1)$的规范$E_6\times U(1)$模型。它包含了一个自动的不可见的QCD轴子和一个超轻的axi-Higgs。模型中存在的不可见轴子解决了强CP问题,其质量在常规范围内,而可以充当暗物质的轴子-希格斯粒子足够轻($10^{-22} \textrm{ eV} < m_χ < 10^{-20} \textrm{ eV}$),可以解决其他冷暗物质候选者所面临的短距离问题。
2018-05-23 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Lecture Notes: Probing ultralight axion-like particles with quantum technology
Durham University(杜伦大学)
本文综述了利用量子技术探测超轻轴子状粒子作为暗物质候选者的物理原理和实验方法,涵盖轴子-光子耦合驱动的转换搜索及高精度实验,如原子钟、光学谐振腔等,强调不同技术的互补性与发现潜力。
2026-02-19 hep-ph
Thraxions: Ultralight Throat Axions
我们认为,一种新型的极轻的轴子是普遍存在于IIB型的弦论景观的一部分。它的质量被强烈翘曲区域(克列巴诺夫-施特拉斯勒喉道)的翘曲因子的三次方所抑制,这表明它的名字是thraxion。我们的观察是基于几个喉咙共享相同的2周期的一般存在。这个循环在每个喉部的末端收缩到零体积。因此,它在同调中是微不足道的,而相应的$C_2$轴子是巨大的。然而,质量是翘曲抑制的,因为如果要切断强烈翘曲的区域,则会重新出现适当的2周期。由于轴子的动力学项在UV中占主导地位,因此产生了更强的二次质量抑制。此外,如果轴子被激发,喉的角模式会产生反作用。这给了我们的有效$C_2$轴子一个有限的单值,并进一步提高了它的潜力。最终,质量变成了曲速因子的三次方。我们简要地讨论了可能的影响,现象学和潜在的违反弱引力猜想的轴子。此外,我们确定了一种机制,产生超普朗克的轴向场范围,我们称之为漂移monodromies。然而,在我们考虑的例子中,势在场空间中的次普朗克距离上振荡,这使我们无法在这个想法的基础上建立一个自然暴胀模型。
2019-05-02 gr-qc hep-ph hep-th
Simulations of multi-field ultralight axion-like dark matter
本研究修改UltraDark.jl代码,首次开展含自相互作用与场间相互作用的双场超轻类轴子暗物质三维模拟,探究了孤子动力学及不同种类孤子碰撞的特性,揭示了多成分、有相互作用情形与单场无相互作用情形的差异。
2023-03-15 astro-ph.CO hep-ph
Pulsar timing signal from ultralight axion in $f(R)$ theory
$10^{-23}$ eV附近的超轻轴子被认为是可行的暗物质候选者。这种暗物质的一个显著特征是振荡压力,它产生频率在纳赫兹范围内的引力势振荡。最近,Khmelnitsky和Rubakov指出,这种依赖于时间的电势会导致脉冲到达残差,并且可以通过平方公里阵列(SKA)实验观察到。本文在$f(R)$理论框架下研究了轴子振荡压力的可探测性,并证明了引力势的振幅与爱因斯坦理论相比可以被增强或抑制,这取决于$f(R)$模型的参数和轴子的质量.特别地,我们研究了Hu-Sawicki模型,并找到了排除Hu-Sawicki模型的条件。
2016-04-08 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Muonium Spectroscopy as a Quantum Sensor for Ultralight Axion Dark Matter
Advanced Energy Science and Technology Guangdong Laboratory(先进能源科学技术广东省实验室);Institute of Modern Physics, CAS(中国科学院近代物理研究所);Tsung-Dao Lee Institute & School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University(上海交大李政道研究所与物理天文学院);University of Liverpool(利物浦大学);Department of Physics, Jinan University(暨南大学物理系);State Key Laboratory of Heavy Ion Science and Technology, Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences(中国科学院近代物理研究所重离子科学和技术国家重点实验室);School of Nuclear Science and Technology, University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学核科学与技术学院)
本研究提出一种基于缪onium的轴子搜索新方法,利用高强度缪子束的共振量子跃迁(MASH),可在18-130μeV轴子质量范围内收紧轴子-缪子耦合约束,拓展暗物质探测通道。
2026-09-03 hep-ph
Constraints on ultralight axions, vector gauge bosons, and unparticles from geodetic and frame-dragging measurements
大地测量和坐标系拖曳效应是地球附近时空曲率的直接结果,可以从重力探测器B(GP-B)卫星进行探测。卫星的结果与爱因斯坦的广义相对论结果相当吻合。测量地球附近时空曲率的卫星陀螺仪含有大量的电子和核子。超轻轴子、矢量规范玻色子和非粒子可以通过不同的自旋相关和自旋无关算符与这些电子和核子相互作用,并改变陀螺仪的漂移率。这些超轻粒子中的一些可以表现为一些黑暗扇区或地球与陀螺仪之间的长距离力,或者它们可以表现为背景振荡的暗物质场,或者两者兼而有之。这些超轻粒子可以为陀螺仪提供额外的进动,限制在不大于GP-B测量的不确定性。通过与实验结果的比较,得到了不同算子耦合的上界。
2022-11-06 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Detecting ultralight axions from multifrequency observations of neutral hydrogen intensity mapping
本研究探讨了超轻轴子对再电离后中性氢信号的影响,揭示了其在不同质量范围内的暗物质或暗能量特性,并利用未来强度映射巡天的角相关函数探索了暗能量、中微子与ULAs之间的参数空间及简并性。
2024-11-12 astro-ph.CO hep-ph
Enhancing Constraints on Ultralight Axion Dark Matter from Gravitational Capture
University of California Santa Cruz(加州大学圣克鲁兹分校);Princeton University(普林斯顿大学);Argonne National Laboratory(阿贡国家实验室);University of Illinois Urbana-Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校);The University of Tokyo(东京大学)
该研究利用太阳引力捕获超轻轴子产生的玻色增强效应,显著放大局部暗物质密度,并据此更新轴子-光子耦合的实验限制与未来预测。
2026-10-01 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on axion-like ultralight dark matter from observations of the HL Tauri protoplanetary disk
本文利用HL Tauri原行星盘的极化观测未发现极化角变化,约束了类轴子超轻暗物质的质量与光子耦合。
2025-05-01 astro-ph.CO hep-ph
Dynamical dark energy from an ultralight axion
针对DES观测到的暗能量状态方程偏离宇宙学常数,提出超轻轴子模型,其质量约2×10^-33 eV,可解释w≥-1且偏好负宇宙学常数,并给出简化公式便于拟合。
2025-06-20 astro-ph.CO hep-ph
A Ramsey Neutron-Beam Experiment to Search for Ultralight Axion Dark Matter at the ESS
本研究提出在欧洲散裂源HIBEAM束线开展新型Ramsey中子束实验,利用轴子与中子自旋的耦合搜寻超轻轴子暗物质,预计可将相关耦合的探测灵敏度较现有水平提升2-3个数量级。
2024-05-04 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
Probing an ultralight QCD axion with electromagnetic quadratic interaction
本研究针对超轻QCD轴子,探究了由圈图阈值修正产生的电磁二次耦合,指出其可通过光学原子钟等新途径探测轴子,还推导了暗物质速度弥散引发的低频涨落背景的功率谱解析表达式,为更重轴子的搜寻提供了新方法与实验思路。
2025-09-07 hep-ph
Stochastic Properties of Ultralight Scalar Field Gradients
超轻的类轴子粒子是动机良好的暗物质候选者,是许多直接探测工作的目标。在太阳系附近,这种粒子可以被视为振荡的标量场。银河系的速度色散决定了一个约为10^6振荡的相干时间,超过这个时间,轴子场的振幅将随机波动。任何对轴子直接探测实验数据的分析都必须仔细考虑这种随机行为,以正确解释结果。这对于那些对轴子场的梯度敏感的实验尤其如此,这些实验无法在许多相干时间内收集数据。事实上,除了幅度之外,轴子场梯度的方向也随机波动。我们提出了第一个完整的随机处理的梯度的轴子场,包括多个计算效率高的方法进行基于似然的数据分析,它可以应用于任何轴子信号,无论相干时间。此外,我们还证明了忽略轴子场梯度的随机行为可能导致无法发现真正的轴子信号。
2021-07-21 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Decay of Ultralight Axion Condensates
轴子粒子可以形成宏观凝聚体,其大小可以是银河系规模的模型与非常小的轴子质量$m\sim10^{-22}$ eV,有时被称为模糊暗物质。由于轴子的自相互作用耦合很弱,许多对这些凝聚体的分析都是在无相互作用极限下进行的。我们在这里调查如何某些结果的变化时,包括这些相互作用,发现一个减少的最大质量和修改的质量半径关系。此外,这些凝聚体通常不稳定,通过数量变化的相互作用而衰变。我们分析了星系大小的轴子状粒子凝聚体的稳定性,并绘制了作为结合能参数的函数的稳定配置的参数空间。我们发现模糊暗物质凝聚体的大小有一个很强的下限,这种凝聚体是稳定的,可以衰变,其寿命比宇宙的年龄还要长。
2018-02-20 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino Lorentz invariance violation and ultralight axion-like dark matter searches at the European Spallation Source
针对暗物质探测难题,研究中微子与超轻类轴子(UALP)的相互作用及其引发的洛伦兹与$CPT$对称性破缺,评估欧洲散裂中子源(ESS)下一代中微子振荡实验对相关SME系数与有效耦合的探测灵敏度。
2024-12-12 hep-ex hep-ph
Ultralight axion or axion-like particle dark matter and 21-cm absorption signals in new physics
本文研究超轻轴子暗物质通过重子冷却和光子加热解释21厘米吸收信号,并发现加热效应消除了冷却产生的多余中微子种类数。
2025-10-16 hep-ph
Core-halo mass relation of ultralight axion dark matter from merger history
在超轻轴子暗物质的结构形成的背景下,我们提供了一个替代的解释孤子核心和它们的主机晕在数值模拟中观察到的质量关系。我们的论点是完全基于二进制核心的主要合并过程中发生的质量增益,并在很大程度上独立于初始的核心晕质量关系分配给主机,刚刚崩溃。我们发现晕质量$M_h$和相应的核心质量$M_c$,$M_c\propto M_h^{2β-1}$,其中$(1-β)$是核心质量损失分数之间的关系。在随机合并树的核心群众的演变,我们发现我们的模型的经验证据。我们的结果是有用的统计模型的暗物质核心的星系及其子结构的性质在轴子暗物质宇宙学的影响。
2017-02-14 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Improved Mixed Dark Matter Halo Model for Ultralight Axions
提出了一个完整的混合暗物质晕模型,该模型由冷暗物质(CDM)和超轻类轴子粒子(ULA)组成。我们的模型将ULAs视为CDM的有偏见的示踪剂,类似于大质量中微子和中性氢的治疗。该模型考虑了CDM主机晕周围ULA的聚类,并完全模拟了两个组件的互相关性。模型的输入数据包括孤子的Jeans尺度和孤子密度分布。我们的模型可以用来预测的物质功率谱,$P(k)$,在非线性尺度上的ULAs在整个质量范围$10^{-33}\text{ eV}\leq m\leq 10^{-21}\text{ eV}$的子群体,并可以校准对未来的混合DM模拟,以提高其准确性。混合DM晕模型还允许我们评估各种近似的重要性。
2023-02-24 astro-ph.CO hep-ph
Axion induced spin effective couplings
探测轴子暗物质诱导的电子或核子振荡电偶极矩(OEDM)已成为寻找暗物质的新途径。我们重新审视这种轴子自旋耦合在外部电磁场。我们指出,轴子-光子相互作用诱导电子自旋有效耦合,这是不同于OEDM。特别地,轴子-自旋有效耦合与磁场而不是电场直接相关。对于轴子-电子耦合或轴子-核子耦合,引入了费米子的OEDM,其在超轻轴子情况下的效应取决于轴子位移对称性是否明显。具体来说,超轻的轴向暗物质相互作用,不遵守移位对称性将受到强烈的约束。我们也将结果推广到轴子有有限速度的情形。
2021-02-09 hep-ph
A Fast and Accurate Implementation of the Effective Fluid Approximation for Ultralight Axions
在CAMB中实现了超轻轴子的有效流体近似,达到亚百分比精度,并通过MCMC分析改进了对轴子质量和丰度的约束。
2025-01-23 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational lensing $H_0$ tension from ultralight axion galactic cores
引力透镜的时间延迟提供了一种测量哈勃参数$H_0$的途径,一些分析表明,早期类型的探测器$H_0$的张力。透镜测量必须减轻由于透镜星系的质量建模系统的不确定性。特别地,透镜密度分布中的芯分量将形成近似的局部质量片简并,并且可以在正确的方向上偏置$H_0$以解决透镜化张力。我们认为超轻暗物质是产生这种星系核的一种可能机制。我们表明,如果质量为$m\sim10^{-25}$ eV的超轻轴子占宇宙学暗物质总密度的10%,那么具有大致所需性质的核心就可以自然产生。这种数量级的遗迹丰度可能来自真空失调。对清晰的大质量星系(包括银河系)的恒星运动学测量可能会提供一种测试这种情况的方法。在大质量椭圆透镜星系中,为了检验核心假设而进行的动力学分析一般不应该采用完美的质量片极限,因为忽略实际物理核心的有限范围会导致显著的系统误差。
2021-05-23 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Search for Ultralight Axion Dark Matter with a Levitated Ferromagnetic Torsional Oscillator
School of Physics, Hefei University of Technology(合肥工业大学物理学院);National Laboratory of Solid State Microstructures and Department of Physics, Nanjing University(南京大学固体微结构物理国家重点实验室和物理系)
利用悬浮铁磁扭转振荡器探测超轻轴子暗物质,通过高真空和磁屏蔽获得18000秒数据,设定90%置信度限,未来计划通过优化提升灵敏度。
2026-01-08 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Neutrino interactions with ultralight axion-like dark matter
在这项工作中,我们研究了在河外源中产生的高能中微子的传播,包括可能的影响与超轻类轴子粒子(UALP)与质量$m_a\sim 10^{-22} {\rm eV}$作为暗物质(DM)的成分下,假设他们的中微子耦合是占主导地位的相互作用。我们计算的截面和描述的扩散中微子通量的传播使用每个质量本征态的输运方程。这使我们能够获得中微子通量的不同口味的观察在地球上的中微子望远镜在不同的假设下,在源发出的味道组合物和一个正常的顺序(NO)或倒序(IO)的中微子质量。如果中微子与UALPs的耦合对于所有的味道($g_{νa}$)都是相同的,我们发现相互作用改变了到达地球的中微子的味道成分,对于$g_{νa}\gtrsim 0.5\,{\rm GeV}^{-1}$,导致电子(μ子)味道在NO(IO)的情况下占主导地位,中微子能量高于$\sim 10^5\,{\rm GeV}$。虽然目前的数据的风味比表明,与UALP DM的相互作用不发生在耦合研究的范围内(特别是在NO的情况下),需要更多的数据,以提高实验测量的风味组合物的精度。
2022-03-22 hep-ph
New Limits on Ultralight Axionlike Dark Matter from Reanalyzed Data
本文重新分析 Lorentz/CPT 破缺实验数据,在超轻类轴子质量区间给出轴子–核子耦合新限制,部分结果改进逾3个数量级并超越 SN1987A 天体物理限制。
2025-07-29 astro-ph.HE hep-ph
The Spectrum of the Axion Dark Sector, Cosmological Observable and Black Hole Superradiance Constraints
一致的量子引力框架经常预言大量超轻赝标自由度的存在,形成弦轴宇宙的唯象景观。额外维度的紧致流形和真空的复杂性决定了这些场可能具有跨越数十年的宇宙学重要尺度的参数。对双星和超大质量黑洞系统的天体物理观测可以通过超辐射现象排除某些超轻质量玻色子的存在。在这项工作中,它示出了如何使用这些测量来约束多玻色子场论的质量的统计分布的属性,受到轴子场对准模型和M理论中的弦轴向的明确实现的启发。这样的方法可以排除$N_{\rm ax} \geq 30$类轴子场的范围内的质量分布宽度和中心值跨越许多数量级,涵盖了重要的暗扇区和大统一理论的轴子现象。这是证明了在弦论和M-理论,在某些情况下的质量分布采取普遍形式的随机矩阵理论中发现的几个例子的轴子。
2018-11-14 hep-ph hep-th
AxionH0graphy: hunting for ultralight dark matter with cosmographic H$_0$ signal
本文提出AxionH0graphy方案,通过数值模拟研究超轻暗物质在星系中形成的模糊核心如何作为强引力透镜中的近似质量片产生H_0偏差,并确定了该效应适用的质量范围。
2025-02-09 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Collective response and noise of a levitated ferromagnet lattice for ultralight dark matter detection
Peking University(北京大学)
本文研究了悬浮铁磁体晶格作为超轻暗物质探测器的可行性,通过理论分析集体响应和噪声预算,展示了晶格在提高探测灵敏度和增强信号方面优于单个铁磁体的优势。
2026-10-01 hep-ph
Tidal disruption of solitons in self-interacting ultralight axion dark matter
超轻轴子(ULAs)是一种很有前途的暗物质候选者,相对于冷的无碰撞暗物质(CDM)范式,它对非线性尺度结构的形成和演化具有独特的影响。然而,大多数研究的结构形成的非线性模型不包括自相互作用的影响,这是预计将出现的一般。本文研究了孤子的自相互作用强度和符号对孤子潮汐演化的影响。具体而言,使用伪谱求解器UltraDark.jl,我们模拟了自相互作用孤子核心的潮汐破裂,因为它们围绕$10^{11}~M_{\mathrm{\odot}}$ Navarro-Frenk-White CDM主机晕势的轨道参数范围,假设基准粒子质量为$10^{-22}\mathrm{eV}$。我们发现,排斥(吸引)的自相互作用显着加速(减速)孤子潮汐破裂。我们还确定了自相互作用强度和孤子质量之间的简并性,确定了潮汐破坏的效率,从而在$\sim 50\%$水平上影响破坏时间尺度的变化,从$λ=-10^{-92}$到$λ=10^{-92}$的无量纲自耦合。
2022-07-06 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological production of ultralight dark matter axions
质量为$m_a\sim 10^{-22}\,\textrm{eV}$的标量场的高密度低能激发可以代表宇宙的全部暗物质含量,并缓解小尺度上标准宇宙学场景中的一些紧张局势。这种{ \it模糊暗物质}成分通常被认为是物质扇区中新的类轴子粒子的结果,但为了简单起见,它通常被建模为一个简单的自由二次场。在本文中,我们考虑如何修改宇宙学约束时,瞬子势和温度依赖的质量的影响。目前的等曲率和张量边界证实,这个粒子应该形成之前的低尺度膨胀期与哈勃参数$H_I\lesssim 2.5\times 10^{12}\,\textrm{GeV}$,根据以前的自由场分析结束。轴子衰变常数$f_a$是确定轴子耦合的重要参数,它出现在瞬子势中,决定着遗迹的丰度、星系核对轴子辐射的稳定性以及模糊暗物质的直接搜索。如果轴子质量是$T$独立的,我们发现,$f_a\gtrsim 10^{16}\,\text{GeV}$是必要的,以达到所观察到的遗物密度没有微调的初始条件,而对于一个$T$依赖的情况下,这个界限可以降低一个数量级。然而,瞬子势中的非谐性,主要是一个$T$依赖的质量,可以延迟场振荡的发生,导致更大的物理抑制尺度的物质功率谱为一个固定的零温度轴子质量。这可能有利于一个字符串或意外的轴子出现在一个强耦合规范部门,如果这个模型需要提供大的星系晕核心,同时满足观测约束宇宙结构的形成。
2017-02-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The gravitational wave and radio signals of ultralight dark matter
本文提出利用引力波实验和射电望远镜,通过克尔黑洞超辐射及中子星或太阳磁层中的共振转换过程来探测超轻轴子暗物质的新方法。
2024-09-30 hep-ph
An ultralight pseudoscalar boson
利用基本的离散对称性$\mathbb{Z}_N$,我们构造了一个两轴子模型,其中QCD轴子解决了强$CP$问题,而超轻轴子(UHT)则由$m_{\rm ULA}\approx 10^{-22}\text{ eV}$提供了暗物质(DM)的主要形式。这颗彗星足够轻,在宇宙学中可以从其结构形成的印记中检测到,并且可能解决冷DM的小尺度问题。在具有衰减常数$f_{\rm ULA}\sim 10^{17}\text{ GeV}$和$f_{\rm QCD}\sim 10^{11}\text{ GeV}$的结构中,必要的相对DM丰度在没有微调的情况下发生。实现这一点的示例模型有$N=24$,我们构建了一系列其他可能性。我们计算了标准模型的耦合,并讨论了直接检测的前景。QCD轴子可以在标准实验中通过$\vec{E}\cdot\vec{B}$和$G\tilde{G}$耦合被检测到。然而,在最简单的模型中,由于消失的电磁和颜色异常,量子色动力学的$G\tilde{G}$和电磁学的$\vec{E}\cdot\vec{B}$都具有相同的零耦合。该介子与强度为$g\propto 1/f_{\rm ULA}$的费米子耦合。这种耦合导致核子和电子相对于DM风的自旋进动,周期为$t\sim$月。目前的限制并不排除预测的耦合强度,我们的模型是在达到CASPEr风实验,使用核磁共振。
2016-01-28 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Ultralight dark matter detection with levitated ferromagnets
本研究探讨了悬浮铁磁体对交流磁场的响应,并预测其对超轻暗物质(如类轴子和暗光子)的探测灵敏度,发现现有装置灵敏度可媲美传统实验,未来有望成为探测多种暗物质耦合的灵敏探针。
2024-12-19 hep-ex hep-ph quant-ph
Energy-independent neutrino dephasing from an ultralight axion-like background
UFMG(米纳斯吉拉斯联邦大学)
该研究分析超轻类轴子粒子暗物质背景下的中微子振荡,推导其退相干特性,将JUNO首批数据的阻尼约束映射到味基准,给出相关参数限制。
2026-08-27 hep-ph
Revisiting the SN1987A gamma-ray limit on ultralight axion-like particles
我们从超新星SN 1987 A的超轻类轴子粒子(ALP)的耦合光子的约束进行了修订。在核心坍缩的超新星中,ALP将通过Primakoff过程发射出来,并最终在银河系的磁场中转化为伽马射线。在SMM卫星的GRS仪器中缺乏伽马射线信号,与SN 1987 A发射的中微子的观测一致,因此提供了它们与光子耦合的强约束。由于与电流约束相关的大的不确定性,我们修改了这一论点,基于最先进的物理输入的超新星模型和牛奶路磁场。此外,我们提供了重大的修订,如一致的治疗核子简并效应和减少的核质量在热和稠密的核介质的超新星。通过这些改进,我们得到了一个新的光子-ALP耦合上限:当m_a < 4.4 x 10 ^{-10} eV时,g_{aγ} < 5.3 x 10^{-12} GeV^{-1},并且我们还给出了它在较大ALP质量下的依赖关系。此外,我们还讨论了在不久的将来,如果一颗足够近的超新星爆炸,费米-LAT卫星实验可以在多大程度上改善这个界限。
2015-01-12 astro-ph.HE hep-ph
The SRG/eROSITA all-sky survey: Constraints on Ultra-light Axion Dark Matter through Galaxy Cluster Number Counts
Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics(马克斯·普朗克地外物理研究所);Universität Innsbruck, Institut für Astro- und Teilchenphysik(因斯布鲁克大学天体与粒子物理研究所);INAF, Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio(意大利国家天体物理研究所空间科学与天文观测台);Department of Physics and Astronomy, Stony Brook University(纽约州立大学石溪分校物理与天文学系);Universität Hamburg, Hamburger Sternwarte(汉堡大学汉堡天文台);Department of Physics, National Cheng Kung University(国立成功大学物理系);IRAP, Université de Toulouse, CNRS, UPS, CNES(图卢兹大学宇宙射线与天体物理学研究所)
利用SRG/eROSITA首次全天空调查与弱引力透镜数据,研究超轻轴子在暗物质中的占比,发现新的约束结果。
2026-04-09 astro-ph.CO hep-ph