Redefining the Axion Window
轴子搜索的一个主要目标是到达现实轴子模型的参数空间区域内。目前,这个区域的边界取决于有点武断的标准,这将是可取的,以指定他们在精确的现象学要求。我们考虑强子轴子模型,并对新的重夸克$Q$的表示$R_Q$进行了分类。通过要求$i)$的$Q$是足够短的寿命,以避免长期存在的强烈相互作用的遗物的问题,$ii)$没有朗道极点低于普朗克尺度诱导,15例被选中,定义了一个现象学上优选的轴子窗口的最大(最小)值的轴子光子耦合约两倍(四倍)比通常假设的。允许一个以上的$R_Q$,更大的耦合,以及完整的轴子光子去耦,成为可能。
2017-01-01 hep-ph
Axionic Hot Dark Matter in the Hadronic Axion Window
混合暗物质方案可以使COBE数据与观测到的大尺度结构相一致。到目前为止,质量只有几个电子伏特的大质量中微子是唯一被讨论过的热暗物质成分的候选者。我们指出,在混合暗物质的情况下,强子轴子窗口中的强子轴子(f_PDMATHABMM 10^6 GeV)是热暗物质的理想候选者.总结了目前强子轴子研究的局限性。在这个窗口中验证强子轴子的最有希望的方法是来自太阳中热激发的$^{57}$ Fe的M1跃迁的几乎单色太阳轴子的共振吸收,以及来自另一颗超新星的水Čerenkov探测器中的"轴子爆发“的观测。
1998-05-23 astro-ph hep-ph
Axion Window on New Macroscopic Forces
本文研究如何通过新CP破坏来源或Peccei-Quinn对称性破缺机制放宽电偶极矩约束,从而显著扩展QCD轴子参数空间,为第五力检验和自旋相关力实验提供新的理论目标。
2025-01-03 hep-ph
Hadronic axion window and the big-bang nucleosynthesis
衰变常数为$f_a\simeq 10^{6}$ GeV的强子轴子可能满足迄今为止讨论的所有天体物理和实验室限制。在本文中,我们重新考虑强子轴子窗口的可能性,同时考虑到一些参数描述低能轴子动力学的不确定性。发现从$3\times 10^5$ GeV到$3\times 10^6$ GeV范围内的$f_a$不能被现有的参数排除。然后,我们研究的含义,这个强子轴子窗口的大爆炸核合成(NS)的热轴子在核合成时代的能量密度的评估。我们的分析产生了$(ρ_a/ρ_ν)_{NS}=0.4\sim 0.5$,它稍微超过了当前的最佳界限$(ρ_a/ρ_ν)_{NS}\leq 0.3$。
1993-06-03 astro-ph hep-ph
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
Quark mass uncertainties revive KSVZ axion dark matter
轻夸克质量的卡普兰-马诺哈尔模糊性使得上夸克与下夸克质量之比的不确定性比手征拉格朗日量的天真估计更大。我们表明,它允许放宽QCD轴子的实验界限,特别是KSVZ轴子在$2-3 μ$ eV质量范围内构成100%的银河系暗物质晕可以逃避实验限制放置的ADMX合作。
2007-05-06 hep-ph
A Cosmic Window on the Dark Axion Portal
本文通过 CMB 对暗辐射的约束研究暗轴子门户,发现 MeV 尺度暗光子可在超新星限制与实验排除之间打开参数窗口,允许轴子衰变常数低至约 10^4 GeV,并间接放宽中微子质量上限。
2024-03-28 hep-ph
Limits on axions and axionlike particles within the axion window using a spin-based amplifier
对轴子和类轴子粒子的研究可能是解开宇宙中一些最深层谜团的钥匙,比如暗物质和暗能量。在这里,我们使用最近证明的自旋为基础的放大器,以约束这样的假设粒子在动机良好的"轴子窗口“(1 $μ$ eV-1 meV)通过搜索一个奇异的自旋-自旋极化电子和中子自旋之间的相互作用。关键成分是使用超极化的长寿命$^{129}$自旋核作为一个放大器的赝磁场所产生的外来相互作用。利用这种自旋传感器,我们得到了耦合常数$g_p^e g_p^n$乘积的直接上界。基于自旋的放大器技术可以扩展到搜索标准模型之外的各种各样的假设粒子。
2022-01-24 hep-ex hep-ph physics.ins-det
The Minimal UV-induced Effective QCD Axion Theory
这种特征性的轴子耦合可以通过标准模型(SM)费米子与高尺度$U(1)$ Peccei-Quinn(PQ)对称性破缺的赝Goldstone之间的有效耦合产生。假设UV诱导的有效算子在PQ对称性破缺之前产生必要的耦合,并且SM的任何低尺度耦合都被限制在Yukawa扇区,可以制定三个最小的自然场景,这提供了在GUT/弦尺度下QCD轴子和介质之间的连接。我们发现,PQ对称性破缺尺度可能约为$10^{15}$ GeV,高于经典QCD暗物质轴子窗口,但如果考虑人择窗口,这是可能的。我们还提出了一个实验来探测这种情况。如果暗物质轴子被发现,他们可能会建议我们生活在一个非典型的哈勃体积。
2022-05-04 astro-ph.CO hep-ph
Exploring the Hadronic Axion Window via Delayed Neutralino Decay to Axinos at the LHC
在最小超对称标准模型中加入QCD轴子不仅解决了强CP问题,而且用新的暗物质候选者修正了暗区。虽然超对称性轴子现象学通常仅限于寻找轴子本身或寻找普通的超对称性粒子,但这项工作的重点是在大型强子对撞机(LHC)上可以检测到轴子的超伙伴,轴子,在从主顶点位移的中性伴子的衰变中。特别是,我们专注于强子轴子窗口内的KSVZ axino。在这种情况下,中性伴子的衰变长度很容易适合超对称谱的ATLAS探测器,预计在14 TeV的LHC可测试。我们比较这个签名的位移衰变axinos其他动机良好的情况下,包含一个长寿命的中性伴子内的检测器衰变。这些替代方案可以在某些情况下非常接近模仿预期的axino签名,并在何种程度上,他们是可区分的讨论。我们也简要地评论这样一个场景的宇宙学可行性。
2015-12-21 hep-ph
Sublunar-Mass Primordial Black Holes from Closed Axion Domain Walls
我们研究了原始黑洞(PBH)的形成从封闭域壁(DWs)的崩溃,自然出现在QCD轴子模型附近的QCD尺度与主弦壁网络。通过渗流理论确定了封闭DW的粒径分布,并由此进一步得到PBH的质量分布和丰度。对PBH丰度的各种观测约束反过来也约束轴子参数。我们的模型更喜欢轴子质量的meV规模($f_{a}\sim 10^{9}$ GeV)。相应的PBH在月下质量窗口$10^{20}$ - $10^{22}$ g中(即,$10^{-13}$ - $10^{-11}M_{\odot}$),是对暗物质(DM)有重大贡献的PBH仍然可用的少数质量窗口之一。在我们的模型中,PBH丰度可以达到$\sim1\%$甚至更高的DM,对闭合轴子DW的形成效率敏感。
2020-01-07 astro-ph.CO hep-ph
Opening the 1$\,$Hz axion window
质量为$m_ϕ\sim 10^{-15}$ eV的类轴子粒子(ALP)以频率$\sim$ 1 Hz振荡。这个质量尺度存在于天体物理学约束的一个开放窗口中,自然地出现在弦/M理论的大统一(GUT)中。然而,由于大统一体尺度的衰变常数,这样的ALP过于封闭宇宙,不能解决强CP问题。本文提出了一个双轴子模型,其中1 Hz ALP构成了暗物质(DM)的全部,而QCD轴子解决了强CP问题,但对DM残余密度的贡献可以忽略。实现正确的遗物密度的机制依赖于低尺度的通货膨胀($m_ϕ\lesssim H_{\rm inf}\lesssim 1$兆电子伏),我们提出了明确的实现这样一个模型。导致1 Hz轴子的轴子势的尺度产生了一个强CP相的值,该相在$\barθ_{\rm QCD}\sim 10^{-12}$周围振荡,在质子储存环电偶极矩实验的范围内。1赫兹的轴子也在不久的将来实验室和天体物理学研究的范围内。
2020-12-09 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
QCD Axion Window and False Vacuum Higgs Inflation
如果暴胀过程中的哈勃参数$H_{\rm inf}$低于QCD尺度,并且暴胀持续足够长的时间,那么QCD轴子的丰度就会被抑制。我们表明,严格的上限的通货膨胀规模可以显着放宽,如果永恒的旧通货膨胀是由标准模型希格斯场被困在一个假真空在大字段值。具体地,如果假真空位于中间标度以上,则$H_{\rm inf}$可以大于$100\,$ GeV。我们还讨论了从假真空隧穿到电弱真空后的慢卷暴胀。
2020-01-13 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Using the Full Power of the Cosmic Microwave Background to Probe Axion Dark Matter
宇宙微波背景辐射(CMB)对偏离标准冷暗物质(CDM)的暗物质(DM)模型以及标量绝热模型之外的初始条件施加了强约束。在这里,完整的\textit{Planck}数据集(包括温度,$E$模式偏振,和透镜偏转)被用来测试的可能性,DM的一些部分是由超轻轴子(ULA)。这是第一次使用CMB透镜来测试微透镜模型。我们没有发现质量范围为$10^{-33}\leq m_a\leq 10^{-24}\text{ eV}$的α-烯烃组分的证据。我们提出了一个水平的限制,对DM的贡献,提高了两个因素相比,单独的温度各向异性的情况下。Axion DM还提供了一个低能量窗口到高能量物理膨胀通过真空不对准生产的轴子和等曲率扰动之间的相互作用。我们进行了第一次系统的调查到的参数空间,使用一个准确的isocurvature传递函数在所有$m_{a}$值。我们精确地确定了一个“共存窗口”的$10^{-25}\text{ eV}\leq m_a\leq10^{-24}\text{ eV}$的数据允许,同时,$\sim10\%$的ULA的DM的贡献,和$\sim 1\%$贡献的等曲率和张量的CMB功率。在这个窗口中的ULA(和\textit{all}较轻的ULA)被证明是符合一个大的膨胀哈勃参数,$H_I\sim 10^{14}\text{ GeV}$。共存的窗口将充分探讨拟议的CMB-S4观测与高$\ell$透…
2017-08-18 astro-ph.CO hep-ph
The QCD Axion Window and Low Scale Inflation
我们发现,经典QCD轴子窗口的上限可以显着放宽低尺度暴胀。如果膨胀过程中的Gibbons-Hawking温度低于QCD标度,则初始QCD轴子失准角服从Bunch-Davies分布。如果没有其他轻自由度对强CP相有贡献,则该分布在强CP守恒最小值处达到峰值。因此,即使对于大于$10^{12}$ GeV的轴子衰变常数,轴子过量产生问题也显著放松。我们还提供了具体的山顶通货膨胀模型,在通货膨胀期间的哈勃参数是可比的或远小于QCD规模,成功的再加热发生通过微扰衰变或耗散过程。
2018-07-30 gr-qc hep-ex hep-ph
Quantifying uncertainties in the solar axion flux and their impact on determining axion model parameters
本文回顾了太阳轴子通量计算,开发了代码量化太阳模型带来的系统与统计不确定性,并研究了在考虑这些不确定性的情况下,即将建成的 IAXO 望远镜区分 KSVZ 轴子模型及解决太阳丰度问题的能力。
2021-09-08 astro-ph.SR hep-ph
Windows over a New Low Energy Axion
我们概述了标准模型可能的扩展的一些一般特征,包括反常的U(1)规范对称性,一定数量的轴子及其与CP奇希格斯扇区的混合。如前所述,在混合之后,其中一个轴子成为物理赝标量(axi-Higgs),可以扮演修改后的QCD轴子的角色。它可以被驱动到非常轻的相同的非微扰效应,负责解决强CP问题。与此同时,axi-Higgs有相当大的规范相互作用,这是Peccei-Quinn轴子所不允许的,可能解释了PVLAS的结果。我们指出,Wess-Zumino项,典型的这些模型,可以被解释为一个异常流入从高维理论(第二窗口),但也作为一个额外的希格斯扇区(和费米子)的部分去耦的结果,留下了一个有效的异常阿贝尔理论(第一窗口)在一个破碎的Stückelberg阶段。然而,不能排除轴-希格斯粒子可能很重,达到希格斯粒子质量的量级或更大。在超弦启发模型(第二窗口)的背景下简要讨论了发现这种粒子和LHC中性电流部门异常效应的可能性,但如果在自然界中实现了这两种可能性中的任何一种,结果仍然有效。
2007-06-23 hep-ph
Observable windows for the QCD axion through $N_\text{eff}$
我们发现,当QCD轴子直接耦合到夸克与$c_q/f \, \partial_μa \, \bar{q} γ^μγ^5 q$,如在DFSZ模型中,在早期宇宙中的温度$1 \, {\rm GeV}\lesssim T \lesssim 100 \,{\rm GeV}$的主导生产机制是通过$q \bar{q} \leftrightarrow g a$和$q g \leftrightarrow q a$,其中$g$是胶子。不同的重夸克$q_i$可以产生一个热轴子背景,它在温度$T_i$处发生变化:(1)顶夸克在$T_t \lesssim 100 \, {\rm GeV}$,$f/c_t \lesssim 3\times 10^8 {\rm GeV}$ ;(2)底夸克在$T_b \lesssim m_b$,$f/c_b\lesssim 8\times 10^{7} {\rm GeV}$ ;(3)魅夸克在$T_c \lesssim m_c $,$f/c_c \lesssim 5\times 10^{7} {\rm GeV}$。这些情况中的每一种都对应于在$0.027 \leq ΔN_\text{eff}\leq 0.031$、$0.037 \leq ΔN_\text{eff} \leq 0.039$和$0.039 \leq ΔN_\text{eff}$分别给出的窗口中对相对论自由度的有效数目的…
2018-05-17 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Unifying inflation and dark matter with the Peccei-Quinn field: observable axions and observable tensors
提出了一个高尺度暴胀模型,其中Peccei-Quinn(PQ)场的径向部分与引力的非最小耦合起暴胀子的作用,QCD轴子是暗物质.如果PQ场在暴胀期间位于比真空中更大的半径处,则$\mathcal{O}(H/2π)$在轴子场中的量子涨落将导致更小的角涨落。这改变了膨胀期间的有效轴子衰减常数$f_a$,并显著减少了等曲率模式的产生。这种机制打开了一个新的窗口,在参数空间中的范围$10^{12}\text{ GeV}\lesssim f_a\lesssim 10^{15}\text{ GeV}$的轴子衰变常数是兼容的可观察到的大$r$。$f_a$允许的精确范围取决于再加热的效率。该模型还预测了$r=10^{-3}$的最小可能值。新的窗口可以探索通过测量$r$可能与\textsc{Spider}和建议CASPEr实验搜索高$f_a$轴子。
2014-10-07 astro-ph.CO hep-ph
The Search for the Cosmological Axion -- A New Refined Narrow Mass Window and Detection Scheme
Jazan University(贾赞大学)
本文提出了一种更精细的轴子探测方案,基于更窄的质量窗口和共振谐振腔探测技术,以寻找可能存在的轴子/ALP场质量。
2024-10-01 hep-ex hep-ph
New opportunities for axion dark matter searches in nonstandard cosmological models
我们研究了轴子暗物质生产的错位机制的情况下,具有一般的非标准宇宙学。在大爆炸核合成开始之前,宇宙的能量密度由粒子场$ϕ$控制,粒子场由一般状态方程$ω$描述。随后哈勃膨胀率的提高降低了轴子开始振荡的温度,从而打开了比标准窗口更重的轴子的可能性。这是Kination的情况,或者通常是具有$ω> 1/3$的场景的情况。然而,如果$ω< 1/3$,就像在早期物质支配的情况下,相对于标准模型,$ϕ$的衰变注入了额外的熵,以这种方式稀释了预先存在的轴子丰度,并使较轻的轴子可行。对于失准角$0.5 < θ_i < π/\sqrt{3}$,通常的轴子窗口在早期物质支配的情况下扩展到$4 \times 10^{-9}$ eV $\lesssim m_a \lesssim 2 \times 10^{-5}$ eV,或者在动能化的情况下扩展到$2 \times 10^{-6}$ eV $\lesssim m_a \lesssim 10^{-2}$ eV。有趣的是,在这样一个更宽的范围内耦合轴子光子可以探测到下一代实验,如ABRACADABRA,KLASH,ADMX,MADMAX和ORGAN。因此,对轴子暗物质的研究可能为探索宇宙大爆炸核合成之前的历史提供了一种独特的工具。
2021-12-09 astro-ph.CO hep-ph
ALP Dark Matter from Kinetic Fragmentation: Opening up the Parameter Window
本文研究了早期宇宙中类轴子粒子(ALP)暗物质的动力学失协机制,发现该机制下轴子场几乎完全碎裂,将能量转移至高阶模,从而大幅开放了可由未来实验探测的参数空间,并指出致密轴子晕形成和引力波特征等观测意义。
2025-04-01 astro-ph.CO hep-ph
Simulations of Axion Minihalos
作为强CP问题的解决方案,轴子也是一个可行的暗物质候选者。我们使用N-体模拟来研究白噪声密度波动子结构的形成。我们的弛豫轴子微晕的密度分布可以用Navarro-Frenk-White分布来描述,微晕的浓度数与一个简单的物理模型吻合得很好。我们发展了一个半解析公式来拟合我们模拟的质量函数,它在不同的红移范围内基本一致,与经典的晕质量函数只有两个水平的差异。这个解析质量函数使我们能够考虑后膨胀轴子场景中的不确定性,以及将我们的高红移模拟结果外推到现在。我们的工作估计了轴子子结构的丰度,这对于预测它们对宇宙微透镜焦散和脉冲星计时的影响是必要的。我们的计算表明,如果脉冲星定时和微透镜探测器可以达到最近的灵敏度预测,他们可能是敏感的后膨胀轴子暗物质的情况下,即使占不确定性有关的轴子弦。对于脉冲星计时,最重要的警告是轴子微晕是否被恒星破坏,我们的估计表明,在最相关的质量下,这一点有点重要。最后,由于我们的引力模拟是尺度不变的,因此结果可以扩展到暗物质由其他轴子状粒子甚至原始黑洞集群组成的模型。
2021-07-09 astro-ph.CO hep-ph
Stochastic isocurvature constraints for axion dark matter with high-scale inflation
轴子是最有动机的暗物质候选者之一。它们在早期宇宙中由真空失准机制产生,引起等曲率扰动,这受到宇宙微波背景测量的限制。在本文中,我们计算的轴子等曲率功率谱使用谱展开的随机Starobinsky-Yokoyama形式主义,它捕捉非线性效应的轴子动力学。与大多数现有的文献相比,我们专注于高通货膨胀哈勃率的顺序$10^{13}~{\rm GeV}$,并证明,有一个重要的窗口中,轴子可以占全部或部分的暗物质丰度不违反等曲率界限或张量模式界限。至关重要的是,我们发现,等曲率谱占主导地位的非微扰的贡献,在这个窗口的很大一部分。因此,通常使用的线性近似在该区域是不可靠的,使得随机方法必不可少。
2021-07-16 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Primordial black holes and uncertainties in the choice of the window function
原初黑洞(PBH)可以由在暴胀阶段离开视界的扰动产生。虽然暴胀模型预测傅立叶空间中扰动的功率谱,但PBH丰度取决于真实空间中密度扰动的概率分布函数(PDF)。为了估计给定暴胀模型中的PBH丰度,我们必须通过用窗函数粗粒化扰动,将傅立叶空间中的功率谱与实空间中的PDF联系起来。然而,有不确定性,应该使用什么样的窗口函数,这可能会改变PBH丰度和功率谱之间的关系。这在考虑质量为$30 M_\odot$的PBH时特别重要,因为所需的功率谱受到观测的严重限制。在本文中,我们调查如何大的影响,选择一个窗口函数的不确定性有超过LIGO PBH所需的功率谱。结果表明,不确定性对由扰动的二阶效应引起的随机引力波(GW)的预测有很大的影响。特别是,脉冲星定时阵列上产生的GW的约束可能会消失的真实空间的顶帽窗函数。
2018-05-22 astro-ph.CO hep-ph
Axions, Instantons, and the Lattice
如果QCD轴子是暗物质的一个重要组成部分,并且如果宇宙曾经比几百MeV更热,那么轴子残余丰度取决于函数$χ(T)$,即温度依赖的拓扑磁化率。这个量的不确定性会导致轴子质量作为遗迹密度的函数的不确定性,反之亦然。在高温下,理论不确定性通过稀瞬子气体计算进入,而在中等和强耦合区,只有格点量子色动力学可以精确地确定$χ(T)$。我们重新评估的瞬子贡献的不确定性,认为它相当于小于$20\%$的有效行动,或在$χ$在$T=1.5$ GeV的20倍。然后,我们结合了瞬子的不确定性与一系列的模型$χ(T)$在中间温度和确定的轴子遗迹密度的影响。我们发现,对于一个给定的遗物密度和初始失准角,合并的不确定性的零温度轴子质量的2-3倍。
2018-02-11 astro-ph.CO hep-ex hep-lat
High-Quality Axion Dark Matter at Gravitational Wave Interferometers
Indian Institute of Technology Guwahati(印度理工学院古瓦哈提分校);Scuola Superiore Meridionale(南方高等学院);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN)(意大利国家核物理研究所)
本文探讨了通过引力波干涉仪探测高质量轴子暗物质的可能性,提出通过引力波背景信号特征识别轴子暗物质。
2026-04-27 astro-ph.CO hep-ph
CP-Conservation in QCD and why only "invisible" Axions work
在强CP问题的解中,窄轴子窗口中的“不可见”轴子被认为是$\barθ$的小性的自然解中剩余的可能性。结合引力对整体对称性的破坏,从理论上讨论了一些有前景的不可见轴子。在所有这些讨论中,包括观测的可能性,宇宙学的约束必须包括在内。
2016-08-25 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Axion Cosmology and the Energy Scale of Inflation
我们调查的观测约束的参数空间的通货膨胀和轴子和映射出两个允许的窗口:经典窗口和通货膨胀的人择窗口。后者的宇宙学特别有趣;暴胀轴子宇宙学预言宇宙微波背景中存在等曲率波动,其幅度随着暴胀的能量尺度和轴子中暗物质的比例而增长。统计参数支持后者的实质性价值,因此当前等曲率波动的界限意味着对通货膨胀的严格限制。例如,一个10^16 GeV的轴子佩切-奎因标度排除了任何在95%置信度下能量标度> 3.8*10^14 GeV(r > 2*10^(-9))的暴胀模型,因此意味着暴胀产生的引力波可以忽略不计,但意味着明显的等曲率波动。
2010-04-03 astro-ph hep-ph hep-th
Light particles - A window to fundamental physics
在这些程序中,我们说明了光,非常弱的相互作用粒子可以自然地从物理学中产生,这从根本上与非常高的能量尺度有关。因此,寻找它们可能会给我们带来有趣的基础物理学结构的新见解。最好的例子是轴子和更一般的类轴子粒子,以及隐藏的扇形光子和它们下面的带电物质。
2010-03-12 hep-ph
Revisiting Turner Window Axions: The Untapped Potential of NaI Dark Matter Detectors
University of California, Berkeley(加州大学伯克利分校);Institute for Nuclear Theory, University of Washington(华盛顿大学核理论研究所);Lawrence Berkeley National Laboratory(劳伦斯伯克利国家实验室);Queen’s University(女王大学);Perimeter Institute for Theoretical Physics(基础物理珀蒂默研究所);Los Alamos National Laboratory(洛斯阿拉莫斯国家实验室)
本文重新审视Turner窗口轴子,发现NaI探测器可通过共振吸收检测具有强核耦合的轴子,揭示了新的约束机会。
2026-04-28 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Opening a meV mass window for Axion-like particles with a microwave-laser-mixed stimulated resonant photon collider
本文提出微波-激光混合三束受激共振光子对撞机,可在meV质量范围探测类轴子粒子,结合高强度激光与速调管后灵敏度可达O(10^{-13}) GeV^{-1},为独立验证ALPs暗物质本质开辟新途径。
2024-06-29 hep-ex hep-ph
Audible Axions
探测轴子和类轴子粒子(ALP)的传统方法通常依赖于与光子的耦合。但是,如果这种耦合非常弱,ALP将变得不可见,并有效地从标准模型中解耦。在这里,我们表明,这种不可见的轴子,这是可行的候选人暗物质,可以产生一个随机的引力波背景在早期宇宙。这个信号是在不可见的轴子耦合到暗规范玻色子的模型中产生的,当轴子开始振荡时,暗规范玻色子经历了快子不稳定性。顺便说一句,同样的机制也拓宽了轴子暗物质的可行参数空间。指数增长的规范玻色子模放大的量子涨落是手征引力波的源。对于轴子衰变常数$f \gtrsim 10^{17}$ GeV,该信号可以被脉冲星定时阵列或空间/地面引力波探测器探测到,从而为探测不可见的轴子模型提供了一个新的窗口。
2018-11-16 astro-ph.CO hep-ph
Possible evidence of QCD axion stars in HSC and OGLE microlensing events
本文提出Subaru HSC和OGLE观测到的微透镜候选事件可由质量为地球量级、占暗物质约27%的QCD轴子星同时解释,对应轴子质量在$10^{-9}-10^{-6}$ eV范围内,与实验约束及宇宙学人择窗口一致。
2023-04-07 astro-ph.CO hep-ph
Looking for Axion Dark Matter in Dwarf Spheroidals
我们研究的范围内,冷暗物质轴子的衰变可以探测到即将到来的射电望远镜,如平方公里阵列(SKA)。特别是,我们专注于从矮球状星系,天体物理的不确定性减少和预期的磁场强度是这样的,从轴子衰变产生的信号可能会占主导地位的轴子光子转换在磁场的信号。我们发现,与$\sim100$小时的观察时间,SKA可以提高电流灵敏度的约5倍。
2019-03-14 astro-ph.CO 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
The DFSZ axion in the CMB
我们首次对DFSZ QCD轴子模型的宇宙学约束进行了专门的分析。这样的结构是特别有趣的光氙-1T最近过剩和恒星冷却的暗示。在DFSZ模型中,对于$m_a\gtrsim 0.1$ eV,π介子和μ介子的散射可以产生相当大的热轴子宇宙背景,其行为类似于大质量中微子。然而,π介子耦合依赖于两个希格斯双重态的vev之间的对齐,并可以显着抑制或增强相对于KSVZ方案。使用最新的普朗克和BAO数据,我们在$95\%$ C.L.发现了$m_a\leq 0.2~\text{eV}$,当轴子与π子的耦合$c_{aπ}$最大时。相反,当$c_{aπ}$很小时,对$m_a$的约束可以大大放松。特别是,我们指出,在所谓的DFSZ-II模型中,其中轴子耦合到轻子不与$c_{aπ}$同时消失,通过μ子产生$m_a\leq 0.6~\text{eV}$在$95\%$ C.L.,而在DFSZ-I模型中,$m_a$上的界限可以完全提升。然后,我们结合宇宙学数据与最近的暗示DFSZ轴子耦合到电子从氙-1T实验,发现在这种情况下,轴子质量被限制在窗口$0.07 ~\text{eV} \lesssim m_a \lesssim 1.8\, (0.3)~\text{eV}$的DFSZ-I(DFSZ-II)模型。一个类似的分析与恒星冷却提示给$3 ~\text{meV} \lesssim m_a \lesssim 0.2 ~…
2020-12-11 astro-ph.CO hep-ph
Microlensing constraints on axion stars including finite lens and source size effects
一小部分轻标量暗物质,特别是轴子,可能组成玻色-爱因斯坦凝聚体,引力束缚团块,“玻色子星”,并在今天的星系晕中大量存在。我们计算了由普通QCD轴子和类轴子粒子组成的团块的引力微透镜事件的预期数量,并从EROS-2巡天和Subaru Hyper Suprime-Cam观测中导出了微透镜约束。我们进行了详细的透镜计算,包括在我们的分析有限透镜和源尺寸的影响。我们约束的部分暗物质坍缩成团块,个别的团块密度,和轴子自耦合的轴子质量。我们还考虑和约束团块组成的一个通用的标量暗物质候选人与排斥的自我相互作用。我们的分析为潜在的暗物质发现打开了一扇新的窗口。
2022-06-21 astro-ph.CO hep-ph
Is the Turner Window Open? Seeking Closure with Resonant Absorption of Galactic Axions in NaI Dark Matter Detectors
University of California, Berkeley(加州大学伯克利分校);Institute for Nuclear Theory, University of Washington(华盛顿大学核理论研究所);Lawrence Berkeley National Laboratory(劳伦斯伯克利国家实验室);Queen’s University(女王大学);The Arthur B. McDonald Canadian Astroparticle Physics Research Institute(亚瑟·B·麦克唐纳加拿大天体粒子物理研究所);Perimeter Institute for Theoretical Physics(理论物理前沿研究所);Los Alamos National Laboratory(洛斯阿拉莫斯国家实验室)
基于DAMA/LIBRA年 modulation信号,研究利用NaI探测器探测轻WIMPs,发现银河碳燃烧星产生的轴子可通过共振吸收产生440 keV光子,为探测轴子提供新机会。
2026-03-17 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Axion-photon conversion in transient compact stars: Systematics, constraints, and opportunities
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY(德国电子同步加速器);Università degli Studi di Padova(帕多瓦大学);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Padova(意大利国家核物理研究所帕多瓦分部);Max-Planck Institut für Astrophysik(马克斯·普朗克天体物理学研究所);Max-Planck-Institut für Physik(马克斯·普朗克物理研究所)
研究轴子类粒子在致密星体环境中的磁转换过程,探讨超相对论性轴子转化为光子的机制,更新约束并预测未来伽马射线探测器的灵敏度。
2026-03-18 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
The landscape of QCD axion models
我们回顾了QCD轴子模型的景观。理论建设,扩展窗口的轴子质量和耦合超出常规区域的突出和分类。从宇宙学,天体物理学和实验搜索的界限重新检查和更新。
2022-06-07 astro-ph.CO astro-ph.SR hep-ex
Looking at the NANOGrav Signal Through the Anthropic Window of Axion-Like Particles
本文研究了类轴子场演化过程中导致闭合畴壁形成的暴胀动力学,类轴子场的类Peccei-Quinn相变发生在暴胀之前.在暴胀之后,畴壁可能在随机引力波背景中留下它们的印记,在脉冲星定时阵列测量可访问的频率范围内。我们推导出的特征应变功率谱的封闭域壁的分布,并与最近报道的NANOGrav信号过剩。我们发现,由畴壁产生的特征应变谱的频率依赖性的斜率非常好地集中在NANOGrav报告的信号中的斜率范围内。分析ALP场的膨胀动力学,与等曲率约束一致,我们揭示了这些参数的组合,其中来自膨胀诱导的ALP畴壁的信号可以使NANOGrav过量的振幅饱和。足够大的封闭畴壁的演化可能导致虫洞的形成,而这些畴壁会逃逸到婴儿宇宙中。我们研究了封闭的墙壁逃入婴儿宇宙的条件,可以在随机的引力波背景中留下可检测的印记。
2021-06-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Axion clockworks from heterotic M-theory: the QCD-axion and its ultra-light companion
先前讨论的发条机制内杂种优势M-理论适用于其轴子景观。我们确定了一个独特的候选人的QCD-轴子的衰减常数在首选的“轴子窗口”周围$10^{11}\,$ GeV。它伴随着至少一个超轻轴子,主要耦合到隐藏的部门规范组。
2019-10-28 hep-ph hep-th
More Axion Stars from Strings
本文证明后暴胀QCD轴子暗物质中超过10%会在物质-辐射等量时坍缩成玻色星,结果几乎与轴子质量无关,这些孤子可能存活至今,影响现象学和实验搜索。
2024-08-20 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Axion Stars: Mass Functions and Constraints
本研究基于轴子迷你团簇和玻色子星模拟计算轴子星质量函数,发现特定质量范围的类轴子粒子受超微弱矮星系动力学加热约束,且当前微引力透镜巡天对QCD轴子星不敏感,为轴子星间接探测提供依据。
2024-09-18 astro-ph.CO hep-ph
A Telescope Search for Decaying Relic Axions
利用甚大望远镜上的VIMOS(可见多目标摄谱仪)积分场装置的光谱,在星系团Abell 2667和2390中对遗迹轴子的双光子衰变产生的光学线辐射进行了研究。新的上限的轴子的双光子耦合的推导,并至少是一个因素的3个更严格的比以前的上限在这个质量窗口。这种改进来自于更大的收集面积、积分时间和空间分辨率,以及这些星团的强透镜质量模型使信噪比和天空相减得以改善。新的限制要么要求轴子的双光子耦合非常弱,要么要求4.5 eV和7.7 eV之间的轴子质量窗口关闭。对无菌中微子暗物质的意义也作了简要的讨论。
2007-06-29 astro-ph hep-ph
Cosmological window onto the string axiverse and the supersymmetry breaking scale
在最简单的图景中,构成轴宇宙的弦轴子的质量取决于两个参数:超对称性破缺尺度$M_{\rm susy}$和破坏轴子位移对称性的弦瞬子的作用量$S$。在这项工作中,我们将探讨宇宙学数据是否可以用来探测这两个参数。在$\log_{10}M_{\rm susy}$和$S$上采用弦启发的平坦先验,并强制$M_{\rm susy}$是次普朗克的,我们发现$S=198\pm28$。这些界限表明,宇宙学数据补充弦启发先验选择一个相当窄的轴子质量范围内的轴,$\log_{10}(m_a/{\rm eV}) = -21.5^{+1.3}_{-2.3}$。我们发现,$M_{\rm susy}$保持不受约束,由于一个基本参数退化与$S$。我们探讨了其他选择的先验结果的显着影响,我们评论了类似的研究结果在最近的文献。
2019-02-28 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Back to the phase space: thermal axion dark radiation via couplings to standard model fermions
研究通过轴子与标准模型费米子的耦合产生热暗辐射,采用相空间框架提高预测精度,修正传统方法的预测差异。
2025-01-07 astro-ph.CO hep-ph
The QCD axion, precisely
我们展示了如何使用第一原理QCD计算的QCD轴子的几个属性可以在高精度提取。将手征微扰理论中的非线性光学结果与最近的格点量子色动力学结果相结合,可以重建出完整的轴子势、质量以及与光子的耦合,精度达到百分之一。轴子与核子的耦合也可以可靠地导出,不确定性小于10%。这里提出的方法允许精度进一步提高的不确定性轻夸克质量和有效的理论耦合减少。我们还计算了轴子势和它的质量的有限温度依赖的交叉区域。对于较高温度,我们指出了传统瞬子方法的不可靠性,并研究了它对轴子剩余丰度计算的影响。
2016-01-08 hep-ex hep-lat hep-ph
Axion Search with Ring Cavity Experiment
提出了一种利用光学环形腔寻找轴子暗物质的新实验方法。我们的谐振腔测量两个圆偏振激光束之间的谐振频率差。其技术设计采用双通结构,实现了零化实验,抑制了环境共模噪声。我们发现,它可以探测轴子光子耦合常数与广泛的轴子质量$10^{-17} \text{eV} \lesssim m \lesssim 10^{-10} \text{eV}$,高达几个数量级超出目前的限制。我们期望该腔实验为发展轴子研究开辟一个新的窗口。
2018-11-29 astro-ph.CO hep-ph physics.ins-det
Axion Quark Nugget Dark Matter: Time Modulations and Amplifications
本文研究了文献[1,2]中提出的轴子产生的新机制。这种机制是基于所谓的Axion Quark Nugget(AQN)暗物质模型,该模型最初是为了解释暗物质和可见宇宙物质密度的相似性而发明的。我们进行数值模拟,以评估地球表面的轴子通量。我们检查年度和每日调制,这已经研究过,并已知发生任何类型的暗物质。我们还讨论了一种新的类型的短时间的增强,这是唯一的AQN模型:统计波动和突发式放大,这两者都可以大大放大的轴子信号,一个因素$\sim10^2-10^3$的一个非常短的时间。本文研究了质量窗$10^{-6}{\rm\,eV}\lesssim m_a\lesssim10^{-3}\rm\,eV$内AQN诱导的轴子的典型速度$\langle v_a\rangle\sim0.6c$。我们还评论了宽带检测策略,以寻找这样的相对论性轴子通过研究每日和每年的时间调制以及随机突发放大。
2020-01-23 astro-ph.CO hep-ph
Constraining Ultra-light Axions with Galaxy Cluster Number Counts
在本文中,我们调查的潜力,目前和即将到来的宇宙学调查约束的质量和丰度的超轻轴子(轴子)宇宙学与星系团数计数。ULA,有时也被称为模糊暗物质,在标准模型之外的许多理论中都有很好的动机,并且可能解决$Λ$ CDM小规模危机。星系团计数为宇宙结构的形成提供了一个强有力的探测。它们的质量和红移分布对基本的线性物质扰动非常敏感。在这篇预测论文中,我们探讨了两种情况,首先是一个排斥限制轴子质量给出了一个无轴子模型,其次是约束的轴子模型。由此我们得到了$m_a \gtrsim 10^{-24}$ eV量级的电子质量下限。然而,这一结果在很大程度上取决于给定调查中最小的可靠可观测集群的质量。像许多其他宇宙学探测器一样,星团计数在质量与丰度参数空间中显示出近似的简并性,这取决于探测器的特性。这些简并对于其他宇宙学探测器是不同的。因此,星系团的计数可能会提供一个补充窗口的性质超轻轴子。
2021-08-03 astro-ph.CO hep-ph
Probing light dark matter particles with astrophysical experiments
Hulse-Taylor双星系统的轨道周期损失首次间接证实了引力波存在的证据,这与爱因斯坦的广义相对论预言是一致的。行星的近日点进动、引力光弯曲和夏皮罗时间延迟是爱因斯坦广义相对论的其他检验。然而,从广义相对论的预测中,这些观测的测量结果存在很小的不确定性。为了考虑这些不确定性,我们提出了超轻轴子和矢量规范玻色子辐射的$U(1)^\prime$扩展超出标准模型的情况下。我们得到的超轻轴子参数(轴子质量和衰变常数)的观测不确定性的紧凑的二元系统的轨道周期损失,引力光弯曲,夏皮罗时间延迟和双折射现象的约束。我们还从紧双星系统的轨道周期损失得到了超轻$U(1)_{L_μ-L_τ}$规范玻色子的界。行星近日点进动的不确定性也给$U(1)_{L_e-L_{μ,τ}}$轻规范玻色子设定了界限。这些轻粒子可能是模糊暗物质的有希望的候选者,可以从上述精确测量中探测到。
2021-10-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
New cosmological bounds on hot relics: Axions $\&$ Neutrinos
如果在自然界中实现,轴子可以在早期宇宙中通过热过程大量产生,有助于热遗迹的质量-能量密度。根据最近的宇宙学观测,我们分析了两个不同的热过程中的一个现实的混合热暗物质的情况下,其中也包括大量的中微子。考虑到轴子-胶子热化通道,我们导出了热遗迹质量$m_a < 7.46$ eV和$\sum m_ν< 0.114$ eV的最大限制边界,它们都是在95% CL;在研究轴子-π介子散射时,在不假设轴子-π介子相互作用的任何特定模型和保持手征微扰理论的有效范围内,我们的最大约束边界改进为$m_a<0.91$ eV和$\sum m_ν< 0.105$ eV,两者均为95% CL。有趣的是,在这两种情况下,中微子的总质量都非常接近中微子质量排序的预测。如果未来的地球双β衰变和/或长基线中微子实验发现自然质量排序是颠倒的,这可能会排除目前允许的热轴子窗口的广泛区域。因此,我们的研究结果强烈支持多信使搜索的轴子和中微子的属性,连同他们的预期灵敏度的联合分析。
2021-05-26 astro-ph.CO hep-ph