Constraints on Axion Inflation from the Weak Gravity Conjecture
我们从弦理论和量子引力的角度推导出基于衰变常数对齐的轴子膨胀模型所面临的约束。特别是，我们调查的前景对齐和“反对齐”的$C_4$轴子衰变常数在IIB型弦论，推导出严格的不去的结果在后一种情况下。我们讨论了弱引力猜想的轴子衰变常数的关系，并证明我们的弦理论的限制和那些来自“广义”弱引力猜想之间的协议。最后，我们考虑一个特定的模型的衰变常数对齐，其中的潜在的$C_4$轴子在IIB型紧化的卡-丘三倍占主导地位的贡献从$D7$ -膜，指出，这个模型回避了一些挑战，我们的论文中得到的早期，但高度限制其他几何考虑。
2015-09-08 astro-ph.CO hep-th
Nonlinear axion electrodynamics: Axionically induced electric flares in the early magnetized universe
我们考虑非线性扩展的爱因斯坦-麦克斯韦-轴子理论，它是基于两个对称性的帐户：第一，离散对称性与轴子场的属性，第二，杰克逊的对称性，规定电动力学是不变的，相对于由电场和磁场协调的平面中的旋转。我们导出了非线性扩展理论的主方程，并将其应用于具有磁场的Bianchi-I模型。描述非线性耦合的轴子场、电磁场和引力场行为的主要结果是在早期磁化宇宙中轴感生电场的反常增长。这种反常电场的特性可以用耀斑这个术语来表示。我们期望，这些电耀斑可以产生电子-正电子对的创建，出生的带电粒子的显着加速，并由这些加速粒子的电磁波的发射。
2021-10-06 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Friendship in the Axiverse: Late-time direct and astrophysical signatures of early-time nonlinear axion dynamics
弦论的一般低能预言是存在大量的轴子，通常被称为弦轴宇宙。轴子也有一个自然的宇宙学产生机制，真空错位，使它们成为动机良好的暗物质（DM）候选者。许多关于轴子产生的工作都考虑了单个自由轴子的情况，但在现实的轴宇宙中，弦轴子被期望密集地分布在质量的许多数量级上，并通过它们的联合势相互作用。在本文中，我们表明，在这种潜在的非线性导致一种新的类型的共振能量转移与附近的质量的轴子之间。这种共振通常将能量从具有较大衰变常数的轴子转移到具有较小衰变常数的轴子，并导致大量签名。这些包括增强的直接探测前景的共振对，即使是一个小的暗物质的子组件，并提高小规模的结构，如果对是大部分的DM。不久的将来，ADMX和DM Radio等实验的迭代将对这种情况敏感，DM子结构的天体物理探测也是如此。
2021-09-20 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Imprints of the Early Universe on Axion Dark Matter Substructure
尽管实验取得了相当大的进展，但类轴子粒子（ALP）参数空间的大部分仍然难以在陆地实验中探测。然而，在某些情况下，ALP暗物质（DM）分布的小尺度结构被强烈增强，为天体物理测试提供了机会。这种增强可以由核合成前的早期物质支配（EMD）时期产生。这种宇宙学出现在许多紫外线完成，并产生正确的遗迹丰度弱耦合$f_a\sim 10^{16}$ GeV，ALP质量范围$10^{-13}$ eV $<m_a < 1$ eV，没有微调的初始失准角。这个范围包括$10^{-9}-10^{-8}$ eV附近的QCD轴子。EMD促进ALP小尺度结构的生长，导致形成密集的ALP微簇。我们研究了初始ALP振荡，再加热温度和有效压力之间的相互作用，提供分析估计的微集群的丰度和属性。EMD宇宙学中的ALP微团比$Λ$ CDM中的更密集、更丰富。虽然增强的子结构一般减少了直接检测实验的前景，我们表明，脉冲星定时和透镜观测可以发现这些小晕在大范围的ALP质量和再加热温度。
2020-02-17 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Alleviating both $H_0$ and $S_8$ tensions: early dark energy lifts the CMB-lockdown on ultralight axion
在标准的$Λ$ CDM模型中，质量为$\mathcal{O}( 10^{-26}\text{eV})$的超轻轴子的存在不被CMB观测所支持.我们表明，早期暗能量（EDE）的包含将解除CMB对这种暗物质的锁定，并可能超越冷暗物质的其他形式的暗物质。通过进行蒙特卡罗马尔可夫链分析，发现与$Λ$ CDM相反，AdS-EDE宇宙学（在复合周围具有反德西特相）现在允许质量为$10^{-26}$ eV的轴子的存在，并预测我们宇宙中物质的$6\%$是这样的电子，这也有助于缓解EDE中的$S_8$张力。
2023-02-14 astro-ph.CO hep-th
Wormhole fragmentation and the axion Weak Gravity Conjecture
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本文从虫洞碎裂为带电缺陷推导轴子弱引力猜想，确定作用量-电荷界限及系数，并讨论多轴子-膨胀子情形，表明满足该猜想的轴子使虫洞不稳定，可解决因子化问题。
2026-09-29 gr-qc hep-ph hep-th
Enhanced Early Galaxy Formation in JWST from Axion Dark Matter?
本文提出在具有延迟振荡开始的类轴子粒子暗物质模型中，局域大质量天体的形成可增强早期结构形成，从而解释JWST观测到的早期星系超量，并确定了可行的ALP质量参数空间及其互补观测特征。
2024-10-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Axion species scale and axion weak gravity conjecture-like bound
本文基于非重整化相互作用定义了轴子物种标度，要求其不超过引力物种标度从而推导出类似轴子弱引力猜想的界限，并探讨了该界限与黑洞Peccei-Quinn电荷减少的联系。
2024-11-13 gr-qc hep-ph hep-th
Axion-CMB Scenario in Supercooled Universe
Axion-CMB方案是用QCD轴子\cite{Iso:2020pzv}的原始涨落解释宇宙微波背景辐射温度各向异性的一种有趣的可能性。在这种情况下，辐射的波动是由轴子和辐射之间的能量交换产生的，这导致了原始轴子波动和CMB各向异性之间的相关性。因此，宇宙学观测严格地限制了轴子模型和宇宙的早期历史。特别是，我们需要一个大的能量分数$Ω_A^{}$的轴子在QCD相变，但它必须变得很小，在目前的宇宙，以抑制等曲率功率谱。实现这种情况的自然宇宙学方案之一是热膨胀，它可以充分稀释轴子丰度。热膨胀发生在各种模型中。本文研究了一个带有QCD轴子的经典共形（CC）$B$ - $L$模型.在这个模型中，早期宇宙经历了一个漫长的$B$ - $L$和电弱对称的过冷时代，热膨胀自然发生。因此，它可以是一个很好的候选人的轴子CMB的情况。但在原来的CC $B$ - $L$模型中，QCD跃迁处的轴子丰度是不足的.为了克服这种情况下，我们通过引入$N$标量场$S$（无论是大质量或无质量）扩展模型，并考虑一个新的宇宙学历史，使$O(N)$和$B$ - $L$部门几乎分别在早期宇宙的演变。我们发现，对于无质量的$S$场，通常是$N\sim 10^{19}$和质量在$5-10$ TeV附近的$L$规范玻色子，在某些参数区域内，轴子-CMB方案的所有必要条件都能满足.
2021-05-14 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Axion-Dilaton Destabilization and the Hubble Tension
哈勃常数测量值的差异表明了暗能量、暗物质或两者的新物理学。从弦论中汲取灵感，其中轴子与其他模场（包括膨胀子）相互作用，在这里我们证明了相互作用的膨胀子和轴子的动力学自然实现了早期暗能量的提议。在这种情况下，介子的稳定部分是由于轴子，而在早期宇宙中，介子对暗能量有贡献。当哈勃常数低于轴子的质量时，轴子-介子系统就会不稳定，从而触发介子的快速演化阶段，其状态方程为$w=1$，早期的暗能量红移为$a^{-6}$。
2019-10-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Infinite Distances and the Axion Weak Gravity Conjecture
轴子弱引力猜想意味着当参数增加轴子衰变常数时，瞬子修正变得越来越重要。通过研究IIA型弦论的Calabi-Yau紧化中R-R轴子的耦合，我们为这一猜想的有效性提供了强有力的证据.具体来说，我们考虑了所有可能的无限距离限制在复杂的结构模空间和确定的轴子衰变常数，在一定的路径无关的方式参数增长。然后，我们认为，对于这些限制的D2-膜瞬子塔减少行动可以确定。这些瞬子保证了与多轴子弱引力猜想相关的凸壳条件不能被参数化地违反。为了证明这种瞬子的存在，我们采用并推广了最近关于沼泽地距离猜想的见解。我们的结果是一般的，不限于具体的例子，因为我们使用的一般结果的增长的霍奇度量和sl（2）-分裂的三种形式的上同调与每个极限。
2019-05-02 hep-th
QCD Axions and CMB Anisotropy
在暴胀子微扰太小而不能解释宇宙微波背景宇宙微波背景温度各向异性的可能性。由于轴子势是通过辐射获得能量而产生的，因此在暴胀时代产生的轴子场的原始涨落与CMB各向异性相关。因此，观测严格限制了轴子模型和早期宇宙场景。必须满足以下条件：（i）CMB各向异性的足够幅度（ii）与轴子等曲率约束的一致性和（iii）非高斯约束。为了满足这些条件，在量子色动力学尺度下，当产生轴子势时，轴子的能量分数$Ω_A^{}$必须很大，但同时，由于等曲率约束，它必须在现阶段变得很小。因此，早期宇宙的一个额外的情况，如低尺度的热膨胀，是不可避免的稀释后的QCD尺度的轴子。我们研究了这样的模型，并得到了它的允许参数区域。
2020-10-20 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Instanton Interactions and the Axion Weak Gravity Conjecture
Department of Physics, Ben-Gurion University of the Negev（内盖夫本-古里安大学物理系）
本文通过长程瞬子相互作用提出排斥性轴子弱引力猜想，该猜想对瞬子作用量施加界限，在紫外完备例子中蕴含并强于通常表述，且指出无质量标量场缺失时轴子衰变常数界限可能改变。
2026-09-16 hep-th
The Axion-Instanton Weak Gravity Conjecture and Scalar Fields
研究了在标量场存在下的弱引力猜想。弱引力猜想是量子引力理论的一个相容性条件，该理论认为对于U（1）规范场，存在一个在该场下带电的粒子，其质量由其电荷限定。它被扩展到一个关于任何（p - 1）维对象和p-形式耦合的规范对的陈述，特别是轴子-瞬子对。规范-标量弱引力猜想是这个界限的修正，它包含了标量相互作用。我们提出了一个类似的扩展的情况下，标量场存在的轴子瞬子弱引力猜想和IIA型超引力提供的证据。
2023-02-22 hep-th
The Weak Gravity Conjecture and Axion Strings
弱引力猜想（WGC）的强（子格或塔）表述意味着，如果存在弱耦合的规范理论，则带电粒子的塔会在远低于普朗克尺度的紫外尺度下将理论推向强耦合。这个塔可以由卡鲁扎-克莱因理论中的低自旋态组成，也可以由弱耦合弦中的高自旋态组成。我们基于温和的$p$形式的WGC提供了一个暗示性的自下而上的论证，即对于任何通过$θF \wedge F$项耦合到基本轴子的规范理论，塔是弦塔。处于或低于WGC标度$g M_\mathrm{Pl}$的带电弦态，对于$θ$来说，只是简单的轴子弦，带电模式来自异常流入。卡鲁扎-克莱因理论回避了这一结论，并将高自旋态的出现推迟到更高的能量，因为它们缺乏$θF \wedge F$项。对于阿贝尔卡鲁扎-克莱因理论，基于与卡鲁扎-克莱因规范群相互作用的额外阿贝尔群的修正论点有时会精确地指出带电弦的质量标度。这些论证加强了涌现弦和远轴弦猜想。我们强调未经证实的假设和论点的弱点，这为进一步的工作提供了有趣的目标。特别是，对规范场何时允许$θF \wedge F$耦合、何时不允许耦合的精确刻画，对于粒子唯象学现象学和澄清弱引力猜想的含义都是非常有用的。
2021-08-31 hep-ph hep-th
Isocurvature-Free QCD Axion Dark Matter from Inflaton-Driven Early QCD: the Necessity of Inflationary Plateaus
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；Nordic Institute for Theoretical Physics (NORDITA)（北欧理论物理研究所）；Harvard University（哈佛大学）；University of Utah（犹他大学）
通过暴胀子与胶子的直接耦合在暴胀期间动态提高QCD禁闭标度，抑制轴子等曲率扰动，并利用退禁闭后的德西特涨落产生暗物质，分析表明平台型暴胀模型（p≥2）是必要的，而单式模型（p=1）导致禁闭标度增长过快。
2026-06-02 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Duality and Axionic Weak Gravity
公理弱引力猜想预言了瞬子的存在，其作用量小于其电荷的适当单位。我们表明，猜想是满足的轴子-介子-引力系统，如果我们假设的对偶约束的高阶导数校正除了正界遵循的酉性，解析性，和本地化的UV散射振幅。另一方面，如果我们只假设正性界，则该猜想不成立。这给出了一个例子，其中弱引力猜想的推导需要比散射振幅的一致性更详细的UV信息。
2020-08-19 gr-qc hep-ph hep-th
Phenomenology of Inflaton-Driven Early QCD Confinement and Solution to Axion Isocurvature Problem
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Harvard University（哈佛大学）；University of Utah（犹他大学）；Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；Nordic Institute for Theoretical Physics (NORDITA)（北欧理论物理研究所）
通过暴胀子与标准模型胶子的直接耦合，在暴胀期间动态提高QCD禁闭标度，使轴子足够重以抑制CMB时期的等曲率扰动，并利用暴胀后期或再加热后的涨落产生暗物质，同时QCD修正可改变标量谱指数。
2026-06-04 astro-ph.CO hep-ph hep-th
On Axionic Field Ranges, Loopholes and the Weak Gravity Conjecture
在这个简短的说明中，我们澄清了弱引力猜想对（广义）自然暴胀模型的影响的一些方面。我们特别解决某些技术和概念上的问题，最近提出的严格限制和结论，发现在我们以前的工作（arXiv：1503.04783）。我们还指出了试图规避这些限制所面临的困难。这些新的考虑提高了对我们发现的量子引力约束的理解，并进一步支持了轴子驱动自然暴胀仍然具有挑战性的结论。
2015-04-02 hep-th
Warping the Weak Gravity Conjecture
如果弱引力猜想成立，那么它通过将轴子衰变常数限制在次普朗克范围内，排除了自然暴胀的简单模型。我们重新审视了实现自然暴胀的弦的尝试，在一个弯曲的喉咙里，从D膜中得到一个开弦的公理暴胀子。我们表明，翘曲允许所需的超普朗克轴子衰变常数实现一致的弱引力猜想。然而，在大的轴子衰变常数和高的弦尺度之间存在着张力，在所有使用微扰弦论实现大场暴胀的尝试中，都很难达到所需的高弦尺度。根据我们的结果对广义弱引力猜想作了评论。
2015-10-16 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Anisotropic Gravitational Waves from Anisotropic Axion Rotation
研究了旋转轴子场在早期宇宙短暂活跃期间产生诱导引力波的机制，发现该机制可产生具有显著大尺度各向异性的强引力波背景，且能避开现有大尺度扰动限制，有望被未来探测器观测到。
2025-08-11 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Detuning primordial black hole dark matter with early matter domination and axion monodromy
我们提出了一个方案，改善了调谐问题存在于模型的原始黑洞暗物质从通货膨胀。我们的设置采用了引力坍缩的优势，在一个长期的早期物质统治与再加热温度$\lesssim 10^{6}~\text{GeV}$。此外，我们利用字符串启发类的模型，其中的暴胀子被确定为一个非紧凑的轴子字段。在这个框架中，暴胀子势中多个局部极小值的存在可以追溯到近似的离散移位对称性。这种情况允许形成原始黑洞的观测可行的质量范围（$M_{\text{PBH}}\sim 10^{-13}M_{\odot}-10^{-16}M_{\odot}$）占所有的暗物质，并在良好的协议与CMB。至关重要的是，我们发现一个显着减少所需的调整的参数的膨胀潜力，在辐射统治的原始黑洞形成的标准情况下。然而，在物质支配的早期阶段，大量形成的轻PBH更容易与蒸发界限相冲突。我们讨论了如何在对坍缩能量密度分数的温和假设下避免这些问题。
2020-06-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
An Axion-induced SM/MSSM Higgs Landscape and the Weak Gravity Conjecture
我们构建的模型中，SM希格斯质量扫描的景观。这是通过耦合SM到一个单值轴子场通过闵可夫斯基3-形式。希格斯粒子的质量扫描步长为delta（m_H^2）= eta mu f，其中mu和f分别是轴子质量和周期，eta测量希格斯粒子与相关的3-形式的耦合。观测到的希格斯质量尺度可以根据人类的理由来选择。单值轴子的质量μ可以在很宽的范围内，这取决于eta的值和轴子周期f。对于eta=1和f = 10^10 GeV，有10^{-3}eV < mu < 10^3 eV，但是具有例如mu = 10^{-17} eV的超轻轴子也是可能的。在一个不同的实现，我们考虑景观模型耦合到MSSM。在超对称性的上下文中，4-形式作为超对称多重态的辅助场的一部分出现。因此，在4-形式中的扫描转化为N=1个辅助场的vev的景观，并因此转化为软项的景观。这可以为LHC数据所建议的MSSM微调提供一个理由。在所有这些模型中，有3种形式耦合到膜，通过气泡成核诱导不同真空之间的转变。弱引力猜想（WGC）限制了这些膜的张力，并暗示了远低于普朗克尺度的新物理阈值。更一般地说，我们认为，在弦超对称真空的情况下，Goldstino多重态包含一个单值轴子，WGC建议超对称破缺标度的下限m_{3/2} > M_s^2/M_p。
2016-10-27 hep-ph hep-th
Positivity of the gravitational path integral implies the axionic weak gravity conjecture
Leinweber Institute for Theoretical Physics and Department of Physics, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校莱因韦伯理论物理研究所与物理系）；RIKEN iTHEMS Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences（理化学研究所 iTHEMS 跨学科理论与科学中心）；Joseph Henry Laboratories, Princeton University（普林斯顿大学约瑟夫·亨利实验室）；Department of Physics, Harvard University（哈佛大学物理系）
研究通过引力路径积分的正性约束，揭示了轴子弱引力猜想的精确形式及数值常数，探讨了其与其他swampland猜想的关系及弦论中轴子的物理影响。
2026-05-06 hep-th
What is the Magnetic Weak Gravity Conjecture for Axions?
电弱引力猜想要求具有大衰减常数$f$的轴子与轻瞬子耦合。由此产生的大的瞬时修正对自然暴胀造成了问题。我们探讨了另一种论点的基础上的磁性弱引力猜想的轴子，我们试图使更精确。粗略地说，它要求在有效理论中存在与对偶2-形式场耦合的最小带电弦。最天真的是，这样的大- $f$弦弯曲空间太多，不能作为静态解存在，因此排除了大- $f$轴子。更保守地说，人们可能会允许非静态弦解扮演所需带电物体的角色。在这种情况下，拓扑暴胀将拯救超普朗克轴子。此外，在基于两个亚普朗克轴子的低能有效理论中，可能出现一个大的- $f$轴子。由此产生的有效弦是由几个基本弦和畴壁构建的复合对象。它可能满足也可能不满足磁性弱引力猜想，这取决于后者被解释得有多严格，以及这个复合物体的宇宙动力学，这仍然有待完全理解。最后，我们回想一下，在余维1的情况下，大场膜暴胀是天真地可能的。我们展示了如何弦理论的反作用关闭这个明显的漏洞大- $f$（非周期性）的伪轴子。
2017-03-28 gr-qc hep-th
The Swampland Conjecture and F-term Axion Monodromy Inflation
我们继续研究弦论中的F项轴子单值暴胀，同时认真考虑模稳定化问题。对于一些封闭和开放的字符串模型，我们表明，他们遭受严重的控制问题，一旦试图实现trans-Planckian场漂移。更确切地说，如果不离开有效超引力理论的控制范围，就不能进行将场距离的对数标度延迟到跨普朗克值所需的通量调谐。我们的发现与精化沼泽地猜想的轴子扩展是一致的，说明在量子引力中，有效理论在超过普朗克尺度的场漂移中失效。我们的分析表明，模型的F-项轴子单值膨胀与张量标量比$r\ge O(10^{-3})$不能参数控制。
2017-03-27 hep-th
The Interplay between the Dark Matter Axion and Primordial Black Holes
如果原初黑洞（PBH）在轴子场振荡开始时已经主导了早期宇宙的能量密度，我们证明了QCD轴子的残余丰度和预期质量范围将被极大地修改。由于QCD轴子是暗物质（DM）的潜在候选者，我们称之为DM轴子。我们主要研究质量范围为$(10^6 - 5\times 10^8)\,$ g的PBH。我们研究了DM轴子的残余丰度与PBH参数空间之间的关系。我们数值求解一组玻尔兹曼方程，它支配着宇宙演化过程中的辐射和PBH主导的时代，提供了大量的早期宇宙的能量含量。我们进一步求解了DM轴子场的运动方程，得到了它目前的丰度。除了非相对论产生机制，轻QCD轴子是通过霍金机制从蒸发的PBH产生的，可以构成暗辐射（DR）的一部分。如果QCD轴子被发现，它将使我们深入了解早期宇宙，并探索PBH主导时代的物理学。我们估计的边界上的模型从DR轴子通过PBH蒸发和热去耦产生的，我们占等曲率边界的通货膨胀期间的Peccei-Quinn对称性被打破。我们评估所得结果对现有的CMB数据，我们评论的预测从引力波搜索。我们简要地陈述PBH吸积的后果和不确定性，这可能进一步增加宇宙学和天体粒子物理建模。
2023-01-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Winding out of the Swamp: Evading the Weak Gravity Conjecture with F-term Winding Inflation?
我们提出了一个新的大场暴胀模型，沿着两个轴子场的场空间中的一个弯曲的轨迹，其中的“轴子”起源于在大的复杂结构的Calabi-Yau 3-fold的复杂结构模扇区。绕组的轨迹产生固定的一个组合的轴子的批量通量，并允许transplanckian有效的字段范围。暴胀子势来自于对几何的小的“瞬时”修正，并实现自然暴胀。通过在两个复结构模量的大复结构区域中工作，可以使暴胀子势次占优而无需剧烈调谐。我们还讨论了最近的transplanckian轴子周期性的“不去定理”对我们的工作的影响。有趣的是，我们的结构似乎实现了arXiv：1503.00795和arXiv：1503.04783中指出的一个漏洞：我们的结构是一个大场暴胀的弦论模型的候选者，它与弱引力猜想的温和形式相一致。
2015-08-04 astro-ph.CO hep-th
Altered Axion Abundance from a Dynamical Peccei-Quinn Scale
我们建立了一个模型，在该模型中，轴子的遗迹丰度从标准的错位机制，增加或减少，由于存在一个新的光标量耦合到Peccei-Quinn（PQ）场的径向部分。光标量使有效PQ破缺标度动态化，改变了轴子的早期动力学，并影响其晚期暗物质丰度。我们分析这种新的机制半解析和数值，表明我们可以容纳更轻或更重的轴子暗物质，相比标准的治疗。我们讨论了轴子搜索和基础物理模型的影响。
2022-06-15 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Sharpening the Supersymmetric Axion Weak Gravity Conjecture
Max-Planck-Institut für Physik (Werner-Heisenberg-Institut)（马克斯·普朗克物理研究所（维尔纳·海森堡研究所））；Harvard University（哈佛大学）；Durham University（杜伦大学）
通过三种互补方法验证轴子弱引力猜想中的特定系数，并推导出超对称瞬子的更强约束。
2026-05-21 hep-th
Gravitational wave and dark matter from Axion-Higgs string
通过格点模拟研究 Axion-Higgs string 产生的暗物质与引力波，给出了类轴子粒子参数的界限，并指出预测的引力波谱无法被当前脉冲星计时阵列实验探测。
2024-12-05 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Impact of Helical Electromagnetic Fields on the Axion Window
原初电磁场可以强烈影响轴子的宇宙演化，反之亦然。我们表明，如果螺旋电磁场是相干产生的早期宇宙，其残余源场速度耦合轴子和增强的遗迹丰富的轴子暗物质。我们讨论了耦合到SM或隐藏规范群的QCD轴子和类轴子粒子的影响。对于一个耦合到隐藏光子的QCD轴子，我们发现，由于螺旋电磁场产生的轴子暗物质少到$α\, ΔN_{\mathrm{eff}} \gtrsim 10^{-12}$，其中$α$是规范耦合和$ΔN_{\mathrm{eff}}$是隐藏光子的有效额外相对论自由度，轴子衰减常数$10^{8}\, \mathrm{GeV} \lesssim f \lesssim 10^{12}\, \mathrm{GeV}$的传统窗口可以完全关闭。
2021-03-11 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Trans-Planckian censorship constraints on properties and cosmological applications of axion-like fields
本研究利用TCC约束N个类轴子场的衰变常数，得出f√N ≲ 0.6M_pl界限，证明该约束使轴子暴胀模型失效，但轴子quintessence模型在特定初始条件下仍与观测兼容。
2023-10-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Axiverse Extended: Vacuum Destabilisation, Early Dark Energy and Cosmological Collapse
在Arvanitaki等人（arXiv：0905.4720v2 [hep-th]）的“弦轴向”哲学中提出了一个模型，该模型通过质量项将超轻轴子耦合到其相应的模量。在宇宙膨胀的后期，光场在它们的势中滚动，并对暗区的能量密度有贡献。耦合和额外场的加入极大地丰富了轴宇宙的可能唯象。有许多有趣的阶段，其中轴子和模量分量表现为暗物质或暗能量，并且可以通过修改过去的状态方程或导致宇宙未来可能的坍缩来对宇宙的膨胀历史产生相当大的和明显的影响。在未来，这种耦合可能有助于减轻宇宙学轴子的微调问题。我们激励和提出的模型，并简要探讨其宇宙学的后果数值。
2012-11-19 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Enhancement of the Axion Decay Constant in Inflation and the Weak Gravity Conjecture
基于单一余弦势的轴子暴胀模型要求轴子衰变常数$f$的大小是超普朗克的。然而，$f > M_{Pl}$不受弱引力猜想（WGC）的青睐。然后，我们可以问，是否可以构造符合WGC的轴子暴胀模型。在这项工作中，我们假设WGC的微观拉格朗日，使$f < M_{Pl}$。然而，暴胀是由一个远低于普朗克尺度的有效拉格朗日量控制的，其中暴胀子是一个与有效衰变常数$f_e$相关的有效轴子场，该常数可能与$f$非常不同。在这项工作中，我们提出了一个相干增强机制（CEM）的慢滚膨胀控制的平坦的潜力，可以产生$f_e \gg M_{Pl}$，而$f < M_{Pl}$。在分析中，我们认为景观的手征领域下收取的$U\left(1\right)$全球移动对称性，并考虑破缺的$U\left(1\right)$对称性的瞬子型对称性破缺条款。在破缺相中，有一个轻的赝南布-戈德斯通玻色子（pNGB）充当暴胀子。我们表明，与适当的选择对称性破缺项的暴胀子潜在的是一个叠加的许多余弦和条件，它们产生一个平坦的潜力允许一个增强$f_e$，使$f_e / M_{Pl} \gg 1$。我们讨论的效用，这种机制的各种暴胀模型起源于超对称性和超引力。相干增强机制允许人们通过扩展视界出口发生的场点附近的势，并将扩展系数与自然暴胀的扩展系数相匹配，将具有任意势的暴胀模型简化为有效的自然暴胀模型，即具有单个余弦。
2019-06-06 hep-ph hep-th
The Cosmology of String Theoretic Axions
弦论有许多轴子候选者。最近人们认识到，弦论中的紧化半径可能很大，这意味着这些态可以解决强CP问题。这仍然留下了关于轴子质量的宇宙学约束的问题。在这里，我们探讨两种方案，以容纳这样的轻轴子在宇宙学。在第一部分中，我们注意到在弦论中，宇宙很可能在早期被某些模量的相干振荡所支配。通常的模问题假设这些场的质量与引力子相当。我们认为，弦模很可能是实质上更大，消除这个问题。在这样的宇宙学中，轴子束缚被大大削弱了。描述了产生重子数密度的可能机制。在第二部分中，我们指出在弦论中，轴子势在早期可能比现在大得多。在弦论中，如果CP破坏用一个小参数来描述，轴子可能会非常接近它的真实最小值，从而使边界失效。
1996-09-04 hep-ph hep-th
Relaxion Monodromy and the Weak Gravity Conjecture
最近提出的弛豫模型需要非常大的trans-Planckian轴子偏移，以及明确违反轴子移位对称性的潜力。然而，后者的属性是不一致的轴子周期性，这对应于一个规范的离散移位对称性。一种使事情一致的方法是使用monodromy，即轴子和势参数都在离散移位对称下变换。这种结构可以用3型场$C_{μνρ}$通过其场强$F_4$耦合到SM希格斯粒子来更好地描述。4-形式也以Kaloper-Sorbo方式线性耦合到弛豫。非常小的弛豫-希格斯耦合以跷跷板的形式出现，即$g\simeq F_4/f$，$f$是轴子衰变常数。我们讨论了这种类型的结构从膜成核和弱引力猜想的限制。后者需要膜的存在，除非降低截止尺度，否则膜的过快成核原则上会使理论失控。这允许在纯理论的基础上约束弛豫模型。我们还讨论了将这种结构嵌入弦论的可能途径。
2016-07-25 hep-ph hep-th
Axion string signatures II: A cosmological plasma collider
我们研究了QCD轴子弦和超轻轴子弦（轴向弦）的早期和晚期时间特征。我们专注于电荷沉积到轴子弦从电磁场和随后的新的中和机制，由于束缚态的形成。虽然早期的宇宙特征似乎不太可能，但有大量的晚期特征。穿过星系的轴子弦获得了巨大的电荷密度，这些电荷被致密的束缚态标准模型粒子等离子体中和，形成一维“原子”。弦上的带电波包，以及弦外稠密的等离子体，都以接近光速的速度沿弦传播。这些高能等离子体包与质心能量高达$10^{9}$ GeV的碰撞。这些碰撞的光度可以比太阳光度大7个数量级，并且持续数千年，即使它们发生在宇宙学上很远的地方，也可以在射电望远镜上看到。新的观测量是互补的超轻轴子弦的CMB观测量，最近提出的，是敏感的一个类似的动机参数范围。
2021-05-26 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Axion Experiments to Algebraic Geometry: Testing Quantum Gravity via the Weak Gravity Conjecture
已知的量子引力理论的共同特征可能暗示了量子引力的一般性质。缺乏连续的整体对称性就是这样一个特征。这激发了弱引力猜想，它限制了带电粒子的质量。我们提出了格点弱引力猜想，它进一步要求在阿贝尔和非阿贝尔规范群下存在一个无限的粒子塔，并且直接暗示了量子场论的截止。它在各种各样的弦论例子中成立，并且对现实世界和纯数学都有可检验的结果。我们勾勒出这些想法对暴胀模型、QCD轴子（和LIGO）、共形场论和代数几何的一些影响。
2016-05-17 gr-qc hep-th
Planckian Axions and the Weak Gravity Conjecture
最近的几项工作声称，弱引力猜想（WGC）排除了轴子场的超普朗克位移，因此在没有单值性的情况下排除了大场轴子暴胀。我们认为，在理论与$N\gg1$轴子，超普朗克轴子直径$\cal{D}$很容易被允许的WGC。我们澄清的动力学矩阵$K$ --明确定义的形式在闵可夫斯基减少基础--和轴子的基本域的直径之间的非平凡的关系，强调在一般情况下，直径是不完全由本征值$f_1^2 \le ... \le f_N^2$的$K$：本征向量的方向相对于瞬子所施加的标识必须纳入。特别地，即使要强加条件$f_N<M_{pl}$，这也将既不意味着${\cal D}<M_{pl}$也不意味着${\cal D}<\sqrt{N}M_{pl}$。然后，我们估计满足WGC的瞬子的行动。主导瞬子作用量由$S \ge {\cal S} M_{pl}/f_N$限定，${\cal S}$是一个固定常数，但在普适极限$S\gtrsim {\cal S} \sqrt{N}M_{pl}/f_N$内。因此，具有$f_N>M_{pl}$并不直接意味着存在对电势的未抑制的高次谐波贡献。最后，我们认为，在有效的轴子引力理论中，零形式的WGC可以满足引力瞬子，使潜在的贡献可以忽略不计。
2015-03-26 hep-th
Screened Axio-dilaton Cosmology: Novel Forms of Early Dark Energy
本文研究轴子-胀子模型中需屏蔽的胀子-物质耦合对宇宙学的影响，发现轴子背景能量密度表现为早期暗能量，并证明成功屏蔽可与早期暗能量曾占总密度10%的情形相容，且增强的哈勃摩擦会抑制结构增长。
2025-05-08 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
$F(R)$ Gravity with an Axion-like Particle: Dynamics, Gravity Waves, Late and Early-time Phenomenology
在这项工作中，我们研究了标量- $F(R)$引力包含一个非最小耦合的标量曲率的几个理论和唯象的影响。这种模型是轴子- $F(R)$引力模型的推广，因此我们将研究后者理论的几个含义。首先，我们详细研究了该模型的爱因斯坦框架图，并讨论了宇宙学系统的动力学。通过适当地使用运动方程，我们证明了任意的宇宙演化是可以实现的。此外，我们研究的引力波的理论，我们表明，它们的传播速度是相同的$F(R)$重力，但有可能增强或耗散的引力波，一个效果非常类似的重力波在粘性流体中的传播。最后，我们研究能量动量张量，并研究与之相关的哪些量是守恒的。我们还提出了辐射支配时代的轴子标量场的标量曲率的非最小耦合的约束。
2019-07-02 astro-ph.CO gr-qc hep-th
The Weak Gravity Conjecture and the Axionic Black Hole Paradox
在具有微扰无质量2-形式（与轴子对偶）的理论中，黑洞蒸发过程中可能出现一个悖论。史瓦西黑洞可以支持一个非平凡的威尔逊线型场，也就是围绕黑洞视界的2-形式的积分。在这样一个“轴子黑洞”蒸发后，威尔逊线必须由以前被黑洞占据的区域中相应的3-形式场强所支持。在轴子衰变常数f较小的极限下，这种场配置所需的能量太大。自然的解决办法是通过光弦的存在，这使得黑洞能够足够早地“脱落”它的轴子头发。这在2-形式的背景下产生了一个新的弱引力类型的论点：小耦合，在这种情况下f，强制存在轻弦或低截止。我们还讨论了如何修改这一论点的情况下，弱耦合制度是通过一个适当的测量模型与矢量场和两个2-形式的低能有效理论。
2017-03-24 hep-th
Decay of a multi-axionic SU(N) symmetric color aether in the early Universe as an origin of emergence of a many-component dark matter
Kazan Federal University（喀山联邦大学）
本文提出了一种基于SU(N)对称性的模型，通过多轴性色流体的衰减解释多组分暗物质的起源，并推导了自洽主方程。
2026-02-20 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Pre-inflationary QCD axion stars after moduli domination
University of Oxford（牛津大学）
大爆炸前QCD轴子暗物质在早期物质主导时期经历绝热密度扰动，产生约1个量级的扰动，这些扰动在量子 Jeans 尺寸处坍缩成轴子星，可能包含50%的暗物质。
2026-04-30 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Instanton Resummation and the Weak Gravity Conjecture
我们发展了瞬子格点级数的重算方法。使用这些工具，我们调查的后果弱引力猜想的大领域轴子通货膨胀。我们发现子格弱引力猜想隐含着对轴子基本区域体积的限制。然而，我们也确定了条件下，对齐和发条结构，和一个新的变种，我们设计的N-膨胀，可以逃避这个约束。我们的结论是，一些类的低能有效理论的大领域的轴子膨胀是一致的弱引力猜想的最强的建议形式，而其他人不。
2019-10-30 hep-th
Moduli Axions, Stabilizing Moduli and the Large Field Swampland Conjecture in Heterotic M-Theory
本研究针对杂化M理论的现实真空问题，提出结合多种非微扰超势的势能推导方案，实现多类模的完全稳定，并验证所得真空满足大标量场沼泽地猜想。
2024-05-13 hep-th
Weak Gravity Strongly Constrains Large-Field Axion Inflation
基于具有平移对称性的类轴子场的大场暴胀模型可以简单而自然，并对可探测的原始引力波做出有希望的预测。众所周知，弱引力猜想限制了一个最简单的情况，即一个单一的致密轴子从额外维度的规范场下降。我们认为，弱引力猜想也限制了各种理论的多个紧凑的轴子，包括N-flation和一些对齐模型。我们表明，其他对齐模型需要令人惊讶的后果如何在整个轴子模空间的理论的质谱变化，因此可以排除，如果进一步approachtures举行。在我们考虑的每一种情况下，合理的假设都导致场范围在参数上不可能大于普朗克尺度。我们的研究结果强烈暗示了基于紧轴子的大场暴胀模型中的普遍不一致性，并且可能暗示了一个更普遍的原则，即禁止超普朗克场范围。
2015-10-16 hep-th
Large-Field Inflation with Multiple Axions and the Weak Gravity Conjecture
本文讨论了弱引力猜想（WGC）对含有大量轴子$N$的大场暴胀一般模型的意义。我们首先表明，从自下而上的角度来看，这样的模型承认各种不同的制度的有效轴子衰变常数的增强，这取决于对齐的数量和瞬子项的数量，有助于标量势。这包括相对于$N$的无增强、幂律增强和指数增强的机制。作为特例，我们恢复了$N$ -flation的毕达哥拉斯增强，Bachlechner，Long和McAllister导出的$N$和$N^{3/2}$增强以及Choi，Kim和Yun的指数增强。然后，我们从与量子引力的一致性要求出发，分析了这些模型受到哪些自上而下的约束。特别是，WGC似乎意味着，有效的轴子衰变常数的增强必须不增长参数与$N$为$N \gg 1$。另一方面，最近的工作提出，在某些情况下，轴子可能会违反这个界限。我们的一般表达式的增强允许我们将这种可能性转化为一个条件的瞬子耦合到轴子的数量。我们认为，在大的$N$，与量子引力一致的模型必须要么允许超普朗克场漂移，要么有一个巨大的，甚至可能是指数级大，在标量势占主导地位的瞬子项的数量。
2016-02-08 hep-th
Early Structure Formation Constraints on the Ultra-Light Axion in the Post-Inflation Scenario
许多研究都集中在暗物质作为超轻类轴子粒子（ALP）的可观测特征上。我们专注于一个特别戏剧性的签名在后期宇宙物质功率谱发生，如果对称性破缺，建立ALP发生后，通货膨胀-白噪声密度波动，占主导地位，在小尺度上的绝热波动从通货膨胀。这些涨落改变了非线性结构形成的早期历史。我们发现，对称性破缺尺度的$f_A \sim 10^{13}-10^{15}$ GeV，这需要一个高的有效最高温度膨胀后，ALP暗物质与粒子质量的$m_A \sim 10^{-13}-10^{-20}$ eV可以显着改变高红移矮星系的数量，再电离的历史，和LY $α$森林。我们认为这三个观察。我们发现，Ly $α$森林是目前的观测量，最受约束的，不包括$f_A \gtrsim 10^{15}$ GeV（$m_A \lesssim 10^{-17}$ eV）在最简单的模型ALP和相当低的值耦合到一个隐藏的强相互作用的部门（$f_A \gtrsim 10^{13}$ GeV和$m_A \lesssim 10^{-13}$ eV）的模型。观测结果限制了再电离的极高红移尾部，可能不利于与森林类似的等曲率波动水平。未来的$z\sim 20-30$ 21厘米观测有可能进一步改善这些限制，利用等曲率增强丰度的$\sim10^4M_\odot$晕的超音速运动将冲击加热重子，从而获得大的BAO特征。
2020-06-23 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Removing the Cosmological Bound on the Axion Scale via Confinement During Inflation
Ludwig-Maximilians-Universität（路德维希-马克西米利安大学）；Max-Planck-Institut für Physik（马克斯·普朗克物理研究所）
本文研究了通过在大统一理论中实现高尺度束缚，解除轴子衰变常数的宇宙学上限，探讨了强QCD时期在膨胀宇宙学中的实现机制，展示了轴子作为暗物质的可行性。
2026-03-30 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Axion Dark Matter and Planck favor non-minimal couplings to gravity
对暴胀和等曲率扰动的限制排除了基于QCD轴子的最简单和最通用的暗物质模型。考虑到标量场与引力的非最小动力学耦合，这一图景将发生实质性变化。轴子可以解释观测到的暗物质密度，避免了等曲率波动的过度产生。最后，我们表明，假设同样的非最小动力学耦合的轴子（暗物质）和标准模型希格斯玻色子（暴胀）提供了一个最小的图片早期宇宙学。
2013-12-08 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Flat Monodromies and a Moduli Space Size Conjecture
我们研究如何超普朗克轴子可以出现时，IIB型3-形式的通量被用来限制一个两个轴子场空间的一维缠绕轨迹。如果人们不试图解决众所周知的复杂问题，如卡勒模量稳定，超对称性破坏和通货膨胀，这可以做得非常明确。我们表明，通量的存在下产生平坦的单值的模空间，因此我们称之为“单值的模空间”。虽然我们确实发现了长的轴子轨迹，但它们是非测地线的。此外，测地线的长度仍然高度限制，尽管（有限）单值群引入的流量。我们试图用“模空间大小猜想”来表述这一点。有趣的数学结构出现在相关的空间原来是基本域的同余子群的模群。此外，弦论中暴胀的新观点也出现了。
2018-02-28 hep-ph hep-th
Axion-Scalar Dynamics: from the Distance Conjecture to Cosmic Acceleration
KU Leuven（荷语鲁汶大学）
研究轴子-标量系统在IIB/F理论流紧化渐近极限下的宇宙学，探讨距离猜想的扩展，并发现有限距离极限下宇宙加速膨胀的新型解。
2026-05-11 hep-th
