The Subhalo Mass Function and Ultralight Bosonic Dark Matter
暖暗物质最近越来越受到观测推论的限制，这些推论是关于次晕质量函数的低质量端，这将被早期宇宙中的暗物质自由流动所抑制。在这项工作中，我们指出，基于类似的考虑，可以对超轻玻色子暗物质（通常称为“模糊暗物质”）施加约束。最近的限制温暖的暗物质从强引力透镜的类星体和波动的恒星流分别转化为一个下限$\sim 2.1 \times 10^{-21}$ eV的超轻玻色子组成的所有暗物质的质量。这些限制是对莱曼- $α$森林中超轻暗物质的限制的补充，并且受到一组完全不同的假设和系统不确定性的影响。总之，这些探测器强烈表明，具有质量$\sim 10^{-22}$ eV的暗物质不是一种可行的方法来调和冷暗物质模拟和小尺度结构观测之间的差异。
2020-07-16 astro-ph.CO hep-ph
Large-Scale Atom Interferometry for Fundamental Physics
本研究介绍大规模原子干涉仪可探测超轻暗物质相互作用与1Hz左右中频段引力波，灵敏度优于等效原理探测手段，有望助力中等质量黑洞并合及早期宇宙基础物理过程研究。
2023-06-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ex
Astrophysical Searches and Constraints on Ultralight Bosonic Dark Matter
从暗物质确实存在并渗透整个宇宙的证据开始，可以估计其性质的各种界限。从宇宙微波背景和大尺度结构出发，总结了超轻玻色暗物质（UBDM）质量和宇宙密度的边界。考虑到星系形成和演化以及黑洞超辐射现象，这些边界被推广到更大的质量。然后，我们讨论了不同类别的UBDM紧凑对象，包括孤子/轴子星和miniclusters的形成。接下来，我们考虑天体物理约束的耦合UBDM的标准模型粒子，从恒星冷却（生产的UBDM）和间接搜索（衰变或转换的UBDM）。在整个过程中，有简短的讨论“提示和机会”在寻找UBDM在每个领域。
2021-06-16 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Earth as a transducer for ultralight bosonic dark-matter detection
Institut de Física d’Altes Energies (IFAE), The Barcelona Institute of Science and Technology（高能物理研究所（IFAE），巴塞罗那科技研究所）；Bucknell University（巴克内尔大学）
研究超轻玻色子暗物质，利用地球将其转换为可探测磁场的“地球换能器”效应，推导多种模型的该效应及特性，探讨探测前景，为探测特定质量范围的超轻玻色子暗物质提供有力手段。
2026-09-23 astro-ph.CO hep-ph
Enhancing the sensitivity to ultralight bosonic dark matter using signal correlations
针对超轻玻色子暗物质信号相干时间长导致探测分段困难的问题，提出一种相干信噪比探测统计量，能从任意时长分段提取信号，实现独立于分段时长的灵敏度并超越传统非相干求和法。
2025-03-06 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Unveiling Time-Varying Signals of Ultralight Bosonic Dark Matter at Collider and Beam Dump Experiments
本研究提出利用暗媒介子质量周期性振荡的时变特性，结合对撞机与束流倾倒实验及事件时间戳，实现超轻玻色子暗物质的探测，较传统方法灵敏度提升约一个数量级，还可探测暗媒介子不可见衰变。
2023-08-28 hep-ex hep-ph
Stochastic effects on observation of ultralight bosonic dark matter
超轻玻色子是暗物质的理想候选者。由于它的数密度很大，它的行为与我们银河系中的经典波相似。已经提出了各种方法来搜索波状DM，例如利用干涉引力波探测器的方法。了解DM信号的特征是从数据中提取DM属性的关键。虽然DM信号与其质量的角频率几乎是单色的，但由于银河系晕中DM的速度色散，其振幅和相位正在逐渐变化。为了从数据中准确地约束DM的耦合常数，应适当地考虑随机振幅和相位。以前的作品制定了一种方法，以获得上界的耦合常数纳入随机效应。其中一项工作比较了有和没有随机效应的测量时间，这是远远短于幅度和相位的变化时间尺度的上限。在本文中，我们将其公式推广到任意测量时间，并评估随机效应。此外，我们研究了暗光子DM的速度依赖信号，包括速度的不确定性。我们证明，我们的方法准确地估计上界的耦合常数与数值模拟。我们还半解析地估计了轴子DM和暗光子DM的耦合常数的期望上界。随机性尤其影响小质量区域上的约束。我们的配方提供了一个通用的治疗超轻玻色子DM信号的随机效应。
2022-05-05 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
Distorted Neutrino Oscillations From Ultralight Scalar Dark Matter
冷，超轻（$\ll$ eV）玻色子暗物质与错位丰度可以诱导时间变化的质量和耦合的标准模型粒子。我们发现，中微子振荡参数的快速变化可以导致显着扭曲的中微子振荡（DiNOs），并在长基线实验产生惊人的签名。我们研究了几个有代表性的观测值来证明这种效应，并发现当前和未来的实验，包括DUNE和JUNO是敏感的范围广泛的可行的标量参数在几十年的质量范围。
2017-05-18 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
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
Refined ultralight scalar dark matter searches with compact atom gradiometers
原子干涉术是研究超轻标量暗物质（ULDM）引起的原子跃迁能振荡的一种强有力的实验技术。以前的研究集中在公里长的原子梯度仪，原子干涉仪位于很长的基线的两端ULDM的灵敏度。在这项工作中，我们概括了治疗的依赖于时间的信号引起的线性耦合标量ULDM候选人的垂直原子梯度仪的任何长度，并找到校正因子，特别是影响ULDM信号在短基线梯度仪配置。使用这些结果，我们完善的灵敏度估计的限制，其中散粒噪声占主导地位的AION-10，一个紧凑的10米梯度计，将在牛津大学，并讨论最佳的实验参数，提高搜索线性耦合标量ULDM的范围。在比较了宽带和共振模式下操作的设备的范围后，我们表明，设计良好的紧凑型原子梯度计能够探索尚未受到约束的暗物质参数空间区域。
2022-02-28 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Linking solar bosonic dark matter halos and active neutrinos
本研究探讨了活性中微子与环绕太阳的超轻玻色子暗物质晕的相互作用，发现基于现有太阳中微子通量数据，新模型未超越常规中微子味振荡模型，并指出下一代探测器有望验证该暗物质晕的存在。
2023-10-21 astro-ph.CO astro-ph.SR hep-ex
Constraining ultralight bosonic dark matter with Keck observations of S2's orbit and kinematics
超轻玻色子暗物质有望在银河系中心的超大质量黑洞（SMBH）周围形成云。随着对SMBH周围恒星运动学观测精度的提高，这种暗物质云的微小效应，包括其引力扰动和与普通物质的直接耦合，可能会被探测到。在这项工作中，我们使用Sgr~A* 周围的S2星的精确轨道测量来寻找标量云的可能证据。我们求解了一阶后牛顿方程，同时考虑了标量云的扩展质量分布和通过Higgs门或光子门相互作用产生的附加耦合引起的频移。此外，我们还研究了气体和恒星残余物的天体物理幂律分量的影响。我们发现S2星的天体测量和光谱数据与Sgr~A* 的点状质量的假设是一致的。因此，我们得到的新的相互作用和扩展质量的耦合的上限，有和没有从天体物理组件的贡献。对于$3.2\times 10^{-19}$ ~eV和$1.6\times 10^{-18}$ ~eV之间的标量质量窗口，Higgs/光子耦合和标量云的扩展质量的极限是最严格的。
2022-11-21 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
The viability of ultralight bosonic dark matter in dwarf galaxies
矮星系中的暗物质分布包含了大量关于暗物质粒子的基本性质和相互作用的信息。本文研究超轻玻色暗物质是否与从恒星运动学中提取的引力势一致。我们使用速度色散测量来约束晕质量和粒子质量的模型。后验似然是多模态的。质量为$m\sim 10^{-22} {\rm{eV}}$的粒子需要质量超过$\sim 10^{10} M_\odot$的晕圈，而质量为$\sim [10^{8} - 10^{9}] M_\odot$的晕圈更有利于质量为$m \gtrsim 10^{-20}{\rm{eV}}$的粒子，其行为与冷暗物质相似。无论粒子质量，较低的晕质量是允许的，如果恒星动力学的影响，最多$\sim 10^{-2}$主机晕质量的质量的中心黑洞的存在。我们没有发现偏好的模型，包含一个黑洞模型，不包含一个黑洞。我们的主要结论是，要么是模糊的暗物质粒子质量必须是$m \gtrsim 10^{-20}$ eV，要么是银河系矮星必须异常重，因为银河系的预期层次组装，或者银河系矮星必须包含一个中央黑洞。我们没有发现后两种可能性的证据，认为它们不太可能。
2023-01-25 astro-ph.GA hep-ph
Dark Matter Interferometry
下一代超轻暗物质（DM）直接探测实验可以证实亚电子伏玻色子是DM的主要来源，将在不同的地球位置运行多个探测器。由于超轻DM的类波性质，空间分离的检测器将各自测量唯一的DM相位。当实验之间的分离与DM相干长度相当时，空间变化的相位包含超出在单个检测器处可访问的信息的信息。我们引入了一种形式主义来提取这些信息，直接对DM波进行干涉测量。特别是，我们开发了一个基于似然的框架，结合多个实验的数据来约束DM相空间分布的方向信息。我们表明，在多个检测器中的信号受到独特的波状DM的日常调制效果。利用每日调制，我们说明，在最初发现的几天内，多个探测器一致行动，可以本地化DM速度分布的方向参数，如太阳速度的方向，以分度精度，或一个假定的冷DM流的方向，以亚弧分水平。我们概述了如何优化多个探测器的位置，无论是谐振腔（如ADMX或HAYSTAC）或准静态（如ABRACADABRA或DM无线电）读出具有最大的灵敏度，以充分的三维DM速度分布。
2021-05-04 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Stochastic fluctuations of bosonic dark matter
许多超越粒子物理学标准模型的理论都预言了玻色子的存在，玻色子可能构成了弥漫在宇宙中的暗物质。在银河系暗物质的标准晕模型（SHM）中，玻色DM场的速度分布定义了一个特征相干时间$τ_c$。直到最近，在实验室实验中寻找玻色子DM领域已经在该制度的测量时间$T$显着超过$τ_c$，所以空的结果已被解释为玻色子DM的标准模型粒子与玻色子DM场振幅固定的平均本地DM密度$Φ_0$耦合的约束。然而，在新理论发展的推动下，一些最近的研究探索了$T\llτ_c$的机制。在这里，我们表明，在这种制度下操作的实验不采样玻色子DM场振幅的全部分布，因此，它是不正确的，假设一个固定值的$Φ_0$时，推断玻色子DM的耦合强度的限制标准模型粒子。相反，为了解释实验室测量（即使在发现的情况下），有必要考虑这种维里化超轻场（VLLF）的随机性。根据实验细节、模型假设和推理框架的选择，从先前几个寻找超轻玻色子DM的零实验中推断出的约束被高估了3到10个因子。
2020-10-15 astro-ph.CO hep-ph physics.atom-ph
Improved limits on the coupling of ultralight bosonic dark matter to photons from optical atomic clock comparisons
基于镱离子与锶原子光学钟的长期频率比对测量，本文约束了精细结构常数的振荡，将超轻玻色子暗物质与光子的标量耦合限制改进了一个数量级以上，并提升了精细结构常数时间漂移及其引力耦合的限制。
2023-01-09 gr-qc hep-ph physics.atom-ph
EHT constraint on the ultralight scalar hair of the M87 supermassive black hole
假设超轻玻色子场会自发地在克尔黑洞周围形成宏观玻色子晕，通过超辐射，将黑洞的部分质量和角动量转移到晕中。然而，这种过程只有在共振的情况下才是有效的：当场的康普顿波长近似匹配黑洞的引力尺度时。对于一个复值场，这个过程可以形成一个稳定的玻色子场-黑洞平衡态-一个具有同步毛发的黑洞。对于质量足够大的黑洞，比如位于M87超巨型椭圆星系中心的黑洞，毛茸茸的黑洞可以在哈勃时间内抵抗其自身的超辐射不稳定性。研究这种标量毛状黑洞的阴影，我们限制头发的数量，这是兼容的事件视界望远镜（EHT）的M87超大质量黑洞的观测，假设头发是质量为$μ\sim 10^{-20}$ eV的超轻标量粒子的凝聚物，作为动态可行的。我们发现EHT观测设置了一个弱约束，在这个意义上说，典型的毛茸茸的黑洞，可以动态地发展他们的头发，是兼容的意见，考虑到EHT误差线和黑洞质量/距离的不确定性。
2020-01-07 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Ultralight Bosonic Field Mass Bounds from Astrophysical Black Hole Spin
黑洞的测量在引力波天文学的新时代有了显着的增长，从LIGO观测到的双黑洞合并。迄今为止尚未观测到的大质量超轻玻色子场代表了标准模型扩展中最令人兴奋的特征之一，能够为粒子物理学和宇宙学中的众多范式问题提供解决方案。在这项工作中，我们探讨了从旋转的天体物理黑洞和他们的角动量能量转移到玻色子凝聚，可以通过超辐射不稳定性周围的黑洞形成的边界。使用最近的分析结果，我们进行了一个简化的分析与慷慨的合奏黑洞参数测量，我们发现超辐射非常普遍排除玻色子领域的质量范围内;自旋0：${\scriptsize \{ 3.8\times10^{-14}\ {\rm eV} \leq μ_0 \leq 3.4\times10^{-11}\ {\rm eV}, 5.5\times10^{-20}\ {\rm eV} \leq μ_0 \leq 1.3\times10^{-16}\ {\rm eV}, 2.5\times10^{-21}\ {\rm eV} \leq μ_0 \leq 1.2\times10^{-20}\ {\rm eV}\}}$，自旋1：${\scriptsize \{ 6.2\times10^{-15}\ {\rm eV} \leq μ_1 \leq 3.9\times10^{-11}\ {\rm eV}, 2.8\times10^{-22}\ {\rm eV} \leq μ_1 \leq 1…
2020-09-15 gr-qc hep-ph hep-th
Signatures of Ultralight Dark Matter in Neutrino Oscillation Experiments
我们研究如何中微子振荡可以探测超轻玻色子暗物质的存在。根据暗物质的质量和具体的实验装置，确定了中微子振荡的三个不同的签名。这些是时间调制信号，由于快速调制引起的振荡概率失真，以及快速变化的物质效应。我们提供了所有必要的信息，以执行自下而上，模型独立的实验分析，以探测这样的情况。以未来的DUNE实验为例，我们估计了它对超轻标量暗物质的敏感性。我们的结果可以很容易地用于任何其他振荡实验。
2020-09-01 hep-ph
Constraining Feeble Neutrino Interactions with Ultralight Dark Matter
如果超轻$(\ll$ eV），玻色子暗物质与右手中微子耦合，则活动中微子质量和混合角取决于周围环境的暗物质密度。当由暗物质背景诱导的中微子马约拉纳质量小于狄拉克质量时，中微子是“伪狄拉克”费米子，在近简并的活跃态和无菌态之间振荡。我们提出了一个完整的宇宙学的历史，这样一个场景，并找到严重的限制，从各种各样的地球和宇宙观测。对于“模糊”暗物质体系中的标量质量（$\sim 10^{-20}$ eV），这些限制不包括$10^{-30}$阶耦合，对应于与中微子之间的引力相当的汤川相互作用，并且超过了标量诱导的电子和质子耦合中时间变化的等效限制。
2022-05-13 astro-ph.CO hep-ph
Ultralight Dark Matter from the Edge of Field Space
Università degli Studi 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）；Keemilise ja bioloogilise füüsika instituut（塔尔图大学物理与化学研究所）
提出一类新型玻色子暗物质候选者——壁离子，其在场空间具有边界，通过指数压制质量并保持辐射稳定，研究其早期宇宙演化和宇宙学信号，以及瞬子效应动态生成场空间边界的可能性和实验探测。
2026-05-26 astro-ph.CO hep-ph
LC Circuits for the Direct Detection of Ultralight Dark Matter Candidates
产生超轻暗物质的宇宙学机制对玻色子暗物质候选者的本征宇称不敏感，但同样的量在直接探测实验中起着至关重要的作用。在超轻类轴子暗物质存在下对电动力学的修改是众所周知的，并且已被用于实现这种亚电子伏质量尺度暗物质的灵敏探针，并且对于隐藏光子暗物质也存在类似的研究。在这里，我们重新架构的修改电动力学的超轻暗物质的正本征宇称，重点是标量的情况下。特别是，我们表明，共振LC电路的轴子搜索可以修改，以检测标量暗物质粒子，通过利用大电场开发用于中子EDM实验。我们提出的实验装置可以改善以前的敏感搜索标量粒子从“光透过墙”的实验，探测标量光子耦合约三个数量级的小$1\times 10^{-11} - \,4\times 10^{-8}$ eV质量（$2\, {\rm kHz} - 10\,{ \rm MHz}$频率）范围内。
2021-09-16 astro-ph.CO hep-ph
Astrometric Detection of Ultralight Dark Matter
本文提出利用测量学探测超轻暗物质，通过分析其对天体视运动的影响，并应用于类星体角位置测量，可探测质量低至 $10^{-33}$ eV、能量密度低至 $10^{-4}$ GeV/cm³ 的暗物质。
2025-08-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Exploring spin of ultralight dark matter with gravitational wave detectors
提出利用干涉式引力波探测器区分超轻暗物质自旋的新方法，通过有限时间传播效应和重叠约化函数识别自旋0、1、2，并发现现有自旋1耦合常数约束需减弱30倍。
2023-10-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Probing Spin-2 Ultralight Dark Matter with Space-based Gravitational Wave Detectors in the mHz Regime
Hangzhou Institute for Advanced Study, UCAS（杭州高等研究院，中国科学院大学）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）；Ningbo University（宁波大学）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）
本文研究了利用空间引力波探测器探测自旋2超轻暗物质的可行性，通过分析不同干涉仪通道的灵敏度曲线，发现其在特定质量范围内可达到更高的耦合常数限制。
2026-01-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Probing Bosonic Overdensities with Optomechanical Sensing
该研究提出利用光机械力传感技术探测银河系中引力束缚的超轻暗物质构型，评估了玻色子星、太阳晕和地球晕三种情景，发现现有技术对后两者具有良好探测潜力。
2023-10-10 hep-ph
Search for ultralight dark matter with spectroscopy of radio-frequency atomic transitions
通过对比石英振荡器与铷、镝原子跃迁频率，搜寻标量与赝标量超轻玻色子暗物质，对特定质量范围内的暗物质与标准模型场的线性和二次相互作用给出了超越以往直接搜索及天体物理观测的约束。
2022-12-08 hep-ph physics.atom-ph
Gravitational Wave Duet by Resonating Binary Black Holes within Ultralight Dark Matter
本文研究双黑洞与超轻玻色暗物质孤子的共振相互作用，指出其可在引力波波形中产生独特振荡，并有望被 LISA 等未来实验探测。
2025-09-23 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Probing ultralight and degenerate dark matter with galactic dynamics
本文利用星系旋转曲线中的孤子核效应约束超轻玻色暗物质质量，并分析简并费米暗物质对动力学摩擦的修正，为解决Fornax计时问题及区分暗物质模型提供新途径。
2023-12-08 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Ultralight dark matter searches with KAGRA gravitational wave telescope
在众多的暗物质候选者中，质量小于1~eV的玻色子超光场是最有希望的。近年来，利用激光干涉仪在不同尺度上寻找超轻暗物质候选者的新方法不断涌现。其中包括我们的建议，寻找类轴子粒子（ALP）和矢量场与激光干涉引力波探测器。通过测量激光的振荡偏振旋转，可以搜索ALP。弱耦合到标准模型扇区的大量矢量场也可以通过测量作用在干涉仪的悬挂镜上的振荡力来搜索。本文综述了利用日本KAGRA的引力波探测器寻找超轻暗物质候选者的活动现状。目前正在分析KAGRA 2020年观测运行的数据，以搜索矢量暗物质，并在干涉仪的臂腔传输端口安装偏振光学器件，以在未来的观测运行中搜索ALP。
2021-10-31 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Signatures of Ultralight Dark Matter in Space-Based Laser Interferometers
University of Chinese Academy of Sciences (UCAS)（中国科学院大学）；International Center for Theoretical Physics Asia-Pacific（亚太理论物理中心）；School of Fundamental Physics and Mathematical Sciences, Hangzhou Institute for Advanced Study, UCAS（杭州高等研究院基础物理与数学科学学院）
本文系统研究超轻暗物质（ULDM）在空间激光干涉仪（LISA、太极等）中引起的振荡信号，分析其对测试质量加速度、激光频率等的影响，并发现具有方向性模式的信号（如测试质量振荡）可被观测，而激光频率变化被抑制；进一步构建局域观测量，其对电子耦合的灵敏度比标准迈克尔逊干涉仪高三个数量级。
2026-06-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Probing Stochastic Ultralight Dark Matter with Space-based Gravitational-Wave Interferometers
本研究在频率主义框架内利用时间延迟干涉测量推导了天基引力波干涉仪对随机超轻暗物质（ULDM）的灵敏度，发现其能改进耦合强度限制，并指出信号不相关的探测器配置为ULDM探测的最优选择。
2024-10-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Ultralight dark matter or dark radiation cosmologically produced from infrared dressing
在辐射主导的宇宙学中，研究了玻色子或费米子重粒子被它们耦合到的无质量粒子云的红外敷料作为超轻暗物质或暗辐射的可能产生机制。我们实现了一个有效的波长远小于哈勃半径的绝热膨胀结合非微扰和明显的幺正动力学remation方法来研究初始单重粒子态的时间演化。我们发现一个惊人的相似的粒子衰变过程：初始振幅的单个粒子的时间衰减，而不是指数，但与幂律与异常尺寸$\propto t^{-Δ/2}$具有交叉到$t^{-Δ}$的重粒子成为非相对论性的玻色子和费米的情况下，表明一定的普遍性。在较长的时间内，渐近态是重粒子和无质量粒子的纠缠态。纠缠熵的增长下描述的信息流从初始的单粒子到最终的多粒子状态的时间演化。在渐近状态下的能量动量张量的期望值由两个独立的流体描述，每个流体都服从协变守恒，一个是重粒子，另一个是相对论性（无质量）粒子（暗辐射）。由于纠缠，两种流体共享相同的冻结分布函数和熵。
2022-01-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Synchronization Induced by Ultralight Dark Matter
本文提出超轻玻色子暗物质与振荡器间的新相互作用，证明其能诱导随机振荡器从无序到有序的相变，为揭示超轻暗物质本质提供了新方法。
2025-07-15 hep-ph
The response of ultralight dark matter to supermassive black holes and binaries
标量场可以产生受限结构，如玻色子星或Q球。这些天体是有趣的假想的新“暗物质星”，但也很好地描述了超轻场时的暗物质晕。在这里，我们研究的动力学响应时，在其附近的外部物质（恒星，行星或黑洞）激发的这种限制玻色子结构。这样的微扰既可以是穿过玻色子组态的，也可以只是作为周期源。我们的设置也可以有效地描述一个大质量的黑洞和周围环境之间的相互作用，不久后，大质量的身体已经经历了“踢”，由于重子物质在银河系中心的崩溃。它还描绘了暗物质耗尽作为一个反应的光环内的螺旋双星。我们计算总能量损失，以及在这些过程中辐射的线动量和角动量，并进行第一次自洽计算的动态摩擦作用在这些背景下的移动物体。我们证明了牛顿玻色子星（NBS）中心的引力坍缩为超大质量黑洞伴随着周围核心的微小变化。NBS最终会被吸积，但只有在比哈勃尺度的天体物理参数大的时候。恒星或超大质量双星能够“搅动”并从NBS中排出标量。对于在LIGO或LISA波段的二进制，接近合并，标量发射影响波形在领先的$-6$ PN阶相对于占主导地位的四极项;系数太小，允许检测下一代干涉仪。我们的研究结果提供了黑洞或恒星与它们所处的超轻暗物质环境之间相互作用的完整图景。
2020-08-31 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Axion Dark Matter Modulated Spin Wave Interferometry
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；Beijing Normal University（北京师范大学）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）
本研究提出新型非对称自旋波干涉仪探测超轻轴子暗物质，通过轴子调制自旋波特性实现信号转换，评估三种探测方案信噪比，可探测轴子质量范围约$10^{-8}$ eV至$10^{-6}$ eV。
2026-08-10 hep-ex hep-ph
Characterizing the quantum properties of ultralight dark matter -- an open quantum systems approach
本文提出开放量子系统框架并结合光学相干性量子理论，以表征超轻玻色子暗物质场的统计性质，支持从关联测量中提取宇宙学与星系并合信息。
2024-06-14 astro-ph.IM hep-ph quant-ph
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
Distinguishing Monochromatic Signals in LISA and Taiji: Ultralight Dark Matter versus Gravitational Waves
School of Fundamental Physics and Mathematical Sciences, Hangzhou Institute for Advanced Study, UCAS（杭州高等研究院基础物理与数学学院）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences (UCAS)（中国科学院大学）；International Center for Theoretical Physics Asia-Pacific（亚太理论物理中心）
本文提出利用干涉仪的零响应通道区分超轻暗物质与引力波产生的单色信号，通过分析不同频率下的响应特性，为未来空间引力波探测任务提供新的诊断工具。
2026-07-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Near-horizon microstructure and superradiant instability of black holes
超轻玻色子作为暗物质的重要候选者，由于超辐射不稳定性，可以在旋转的黑洞（BH）周围凝聚形成长寿命的"玻色子云“。玻色子-BH系统可以通过引力波探测进行观测，可能成为寻找超轻玻色子踪迹的新窗口。在这封信中，我们探讨的超辐射不稳定性的BH从近地平线的微观结构的影响。通过引入BH视界附近的反射参数，得到了玻色云能级和超辐射不稳定性特征频率的修正解析结果。我们的结果暗示了玻色子-BH系统及其发射的引力波的演化将受到BH的近视界物理的影响。
2021-09-08 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Search for light scalar dark matter with atomic gravitational wave detectors
我们表明，基于一种原子干涉术的引力波探测器对超轻标量暗物质敏感。这种暗物质可以引起基本常数的时间振荡，频率由暗物质质量设定，振幅由局部暗物质密度确定。其结果是原子跃迁能的调制。该信号非常适合于一种引力波探测器，该探测器比较两个空间分离的原子干涉仪，并以一个共同的激光器为基准。这种探测器可以在与其他提议互补的频带中，将当前对电子质量或电荷模量暗物质的搜索提高多达10个数量级。它表明，这类原子传感器是定性不同于其他引力波探测器，包括那些基于激光干涉。通过使用类似原子钟的干涉仪，激光噪声仅用单个基线来减轻。因此，这些原子传感器除了检测张量信号之外，还可以检测标量信号。
2016-06-14 hep-ex hep-ph physics.atom-ph
Ultralight dark matter mixed with primordial black holes
Korea Institute for Advanced Study（韩国高等研究院）
研究超轻暗物质与原始黑洞混合的晕，通过连续和离散贡献分析，发现连续贡献主导背景修正，离散噪声在星系时间尺度上可忽略。
2026-10-22 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Exploration of new experimental strategies for the detection of ultralight dark matter : laboratory searches on ground and in space
本论文研究地面与空间实验中探测超轻暗物质的新策略，针对暗光子-电磁耦合、标量场引起的质量与频率振荡、以及轴子-光子耦合导致的真空双折射等三种现象，建立理论模型并评估各实验方案的探测灵敏度。
2024-11-21 gr-qc hep-ph
Search for monopole-dipole interactions with atom interferometry
提出利用原子干涉术探测电子自旋对自由落体原子施加的长程单极-偶极相互作用，该方法能克服振动、磁场和重力系统效应，有望将探测范围拓展一个数量级。
2024-09-23 hep-ph physics.atom-ph
Strongly-Interacting Ultralight Millicharged Particles
我们考虑的超轻费米暗物质候选人携带重子数的影响。如果暗物质在标准模型重子数下具有小电荷，同时具有与可见宇宙中的不对称性相等且相反的不对称性，那么这自然会出现。一个原型模型是一个非阿贝尔规范群的暗重子理论，即，暗量子色动学（QCD）。对于亚电子伏特的暗重子质量，暗物质晕的内部区域自然处于“核密度”，允许形成奇异的物质状态，类似于中子星。费米子暗物质质量的Tüsse-Gunn下限，即，暗重子，被强烈的短程自相互作用，通过发射亮暗π介子冷却，以及发生在相对于（超低）暗QCD标度高的密度下的暗夸克的库珀配对所破坏。我们利用稠密夸克物质的状态方程发展了这些强相互作用的超轻毫荷粒子（STUMPs）的天体物理学，并发现了与矮星系观测一致的晕核。这些核被“中子星”的压力阻止了核的坍缩，这表明超亮暗QCD可以解决无碰撞冷暗物质的核尖点问题。该模型通过直接探测和对撞机签名，以及与超导相关的现象，如Andreev反射和超导涡旋，与超轻玻色子暗物质区分开来。
2021-09-29 astro-ph.CO hep-ph hep-th
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
The Gravity of Classical Fields: And Its Effect on the Dynamics of Gravitational Systems
经典场在理论物理中无处不在。它们几乎在物理学的所有领域都有应用，从凝聚态和粒子物理学到宇宙学和天体物理学。特别是，标量场可以产生受限结构，如玻色子星、量子或Q球。这些天体是有趣的假想的新“暗物质星”，但也很好地描述了暗物质核心时，领域是超轻的。在这篇论文中，我们研究了这种受限的玻色子结构在被其附近的外部物质（恒星、行星或黑洞）激发时的动力学响应。这样的扰动器可以穿透玻色子配置或在其中心经历周期性运动（例如，二进制文件）。我们的设置也可以有效地描述一个移动的大质量黑洞和周围环境之间的相互作用。它还描述了暗物质耗尽是对暗物质核心内螺旋双星的反应。我们的研究结果提供了黑洞或恒星与它们可能生活的超轻暗物质核心环境之间相互作用的完整画面。本论文还讨论了几种经典的场环境效应对致密物体（如黑洞）运动（或最终生存）的影响。
2021-10-14 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
New Horizons: Scalar and Vector Ultralight Dark Matter
在过去的十年里，人们在所有质量尺度的暗物质模型构建方面付出了前所未有的努力，并设计了许多新的探测策略。量子技术的变革性进展已经导致了大量新的高精度量子传感器和超轻（$<10\,$ eV）玻色子暗物质的暗物质检测策略，这些暗物质可以通过振荡的经典，主要是相干场来描述。这份白皮书的重点是搜索类波标量和矢量暗物质候选者。
2022-03-28 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Dilatonic Couplings and the Relic Abundance of Ultralight Dark Matter
本文研究伸缩子暗物质的耦合与初始条件对遗迹丰度的影响，发现需比现有等效原理和第五力约束更强地抑制耦合，并揭示非最小耦合及张标比相容性等新物理后果。
2024-06-10 hep-ph hep-th
Cavity, lumped-circuit, and spin-based detection of axion dark matter: differences and similarities
Bilkent University（比尔肯特大学）；Johannes Gutenberg-Universität Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学）；Helmholtz Institute Mainz（美因茨亥姆霍兹研究所）；GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH（德国重离子研究中心有限公司）；Department of Physics, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校物理系）；School of Physics and State Key Laboratory of Nuclear Physics and Technology, Peking University（北京大学物理学院及核物理与核技术国家重点实验室）；Department of Physics and Astronomy, University of Mississippi（密西西比大学物理与天文学系）；University of Washington（华盛顿大学）；Department of Physics, California State University - East Bay（加州州立大学东湾分校物理系）
本文比较了谐振腔、集中电路和基于自旋的探测器在轴子探测中的差异与相似性，分析了信号生成、噪声特性及扫描策略。
2026-02-06 hep-ex hep-ph
Superradiant growth anomaly magnification in evolution of vector bosonic condensates bounded by a Kerr black hole with near-horizon reflection
本文研究近视界反射对 Kerr 黑洞周围超轻矢量凝聚体演化的影响，解析推导修正谱与超辐射速率，揭示高自旋情形下反射导致的增长异常及其放大机制和引力波形变。
2025-01-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Unification of Dark Energy and Dark Matter
我们提出了一个方案，其中暗能量和暗物质被描述在一个统一的方式。超轻的伪南武-戈德斯通（pNG）玻色子A自然地解释了观测到的暗能量的大小，而pNG玻色子B的玻色子超对称伙伴可能是暗物质的主要成分。B衰变成一对电子和正电子可以解释来自银河系中心的511 keV伽马射线。
2006-02-27 astro-ph hep-ph
The $π$-axion and $π$-axiverse of dark QCD
本研究提出暗QCD框架下的π-轴子宇宙理论，预言N_f²-1种超轻类轴子粒子，通过暗光子与可见光子的动力学耦合构建可见区门户，可在多种实验中检验，是弦理论轴子宇宙的补充。
2023-12-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Multimessenger Astronomy Beyond the Standard Model: New Window from Quantum Sensors
University of Delaware（特拉华大学）；High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构）；The University of Tokyo（东京大学）；Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI)（高级研究大学院大学）
本文提出利用量子传感器探测超轻玻色子场，为多信使天文学提供新途径，并展示了其在考虑物质屏蔽效应下的可行性。
2026-03-05 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
