Constraining axionlike particles using the distance-duality relation
在观测宇宙学中使用的一个基本结果是距离对偶关系（DDR），它将光度距离$D_L$与角直径距离$D_A$联系起来，在给定的红移$z$。我们采用观察到的限制，这种关系来约束轴子类粒子（ALP）与光子的耦合。通过我们在标准$Λ$ CDM宇宙中详细的$3D$ ALP光子混合模拟和Holand \& Barros（2016）中观察到的最新DDR限制，我们限制了质量为$\le 10^{-15}$ eV的ALP的耦合常数$g_ϕ\le 6 \times 10^{-13} GeV^{-1}\left(\frac{nG}{\langle B \rangle_{\rm Mpc}}\right)$。DDR观测结果可以对未来的ALP混合提供非常严格的约束。DDR中的任何偏差也可以常规地解释为光子衰减为轴子，反之亦然。
2016-12-31 astro-ph.CO hep-ph
Constraining MeV-scale axion-like particles with Fermi-LAT observations of SN 2023ixf
本文利用Fermi-LAT对近邻星系M101中II型超新星SN 2023ixf的观测，通过分析重ALPs的光子衰变信号来约束MeV尺度类轴子粒子与光子的耦合，在乐观假设下可将现有约束改善约2倍，展示了核坍缩超新星作为基础物理探针的价值。
2024-01-17 astro-ph.HE hep-ph
Constraining off-shell production of axion-like particles with $Zγ$ and $WW$ differential cross-section measurements
本文描述了在大型强子对撞机（LHC）上寻找低质量类轴子粒子（ALP）的过程。如果ALP是在大型强子对撞机上通过胶子-胶子融合产生的，并衰变为玻色子，那么测量到的双玻色子截面的能量依赖性将不同于标准模型的预期。由ATLAS合作测量的$WW$和$Zγ$的微分截面被解释为限制ALP耦合到$W$ -，$Z$ -玻色子和光子假设胶子-胶子-融合生产。
2021-11-26 hep-ex hep-ph
Constraining heavy axion-like particles by energy deposition in Globular Cluster stars
重类轴子粒子（ALPs），质量高达几百keV，并与光子耦合，可以有效地产生在恒星等离子体中，导致显着的能量损失。这个论点已被应用到球状星团（GC）的氦燃烧的恒星，以获得严格的限制ALP光子耦合$g_{aγ}$。然而，对于足够大的ALP质量和光子耦合值，我们应该预期有相当一部分ALP在恒星内部衰变。这些ALP不会导致能量损失，而是导致恒星内部的有效能量转移。我们提出了一个新的弹道配方，涵盖了能量损失和能量转移制度，我们进行了第一次专门的模拟GC星，包括ALP能量转移。这个论点允许我们用$m_a \lesssim 0.4$ MeV和$g_{aγ} \simeq 10^{-5}$ GeV $^{-1}$来约束ALP，探测ALP参数空间的一部分，非正式地称为“宇宙学三角形”。这个区域特别有趣，因为它只被排除在标准宇宙学的论点之外，而这些论点在非标准的情况下是可以逃避的。
2022-06-29 astro-ph.SR hep-ph
Constraining New Muonic Interactions Meditated by Axion-Like-Particles
超越标准模型的类轴子粒子（AxionLikeparticle，ALP）是解决现代物理学中几个重要问题的方法。检测这些粒子的一种方法是检测它们所产生的新的相互作用。为了寻找这些新的相互作用，人们进行了许多实验，从$\simμ$ m到天体物理范围。目前，几乎所有已知的寻找ALP介导的长程新相互作用的实验都使用含有质子、中子和电子的源或探针。对其他费米子（如μ子）的限制很少，尽管考虑到它们涉及现代物理学的几个著名难题，μ子可能是最可疑的粒子，可能参与新的相互作用。在这项工作中，我们讨论的可能性，解释的异常磁矩的μ子的长程相互作用介导的ALP。我们也给了一个约束的标量伪标量（SP）型相互作用所调解的μ子ALP。我们建议通过μ子自旋旋转实验进一步研究μ子SP型相互作用。
2018-10-25 hep-ph nucl-ex nucl-th
Constraining axion-like particles with the diffuse gamma-ray flux measured by the Large High Altitude Air Shower Observatory
冰立方实验对极高能量中微子的探测支持了来自相同宇宙加速器的可比较的伽马射线对应物的存在。假设这些粒子的来源是河外起源，那么发射的光子流在宇宙距离上传播时会被大量吸收。然而，在光子与超轻类轴子粒子（ALP）混合的情况下，这种预期将被强烈修改。值得注意的是，宿主星系中的光子-ALP转换会产生一个ALP通量，它在河外空间中不受阻碍地传播。然后，ALP在银河系磁场中的反向转换导致了扩散的高能光子通量。在这种情况下，最近探测到的扩散高能光子通量的大型高海拔空气簇射天文台（LHAASO）允许我们排除在$95\%$ CL的ALP光子耦合$g_{aγ}\gtrsim 3.9-7.8 \times 10^{-11}~\mathrm{GeV^{-1}}$的$m_{a}\lesssim 4\times10^{-7}~\mathrm{eV}$，这取决于假设的磁场和原始的伽马射线光谱。这个新的约束是互补的，与其他ALP约束从非常高的能量伽马射线实验和未来的实验的灵敏度。
2022-06-17 astro-ph.HE hep-ph
ALPs at Colliders
新的伪标量，通常被称为类轴子粒子（ALP），在模型构建中大量存在，并且通常与新对称性的破缺有关。传统的搜索和间接边界仅限于轻轴子，通常在或低于与光子耦合的ALP的KeV范围内。我们目前的碰撞边界的ALP从单$γ$，三- $γ$和单喷搜索模型独立的方式，以及LHC和未来的机器的前景。我们发现，它们是现有搜索的补充，因为它们对较重的ALP敏感，并且有能力覆盖参数空间中无法访问的区域。我们还表明，假设一定的模型相关的ALP耦合到光子和胶子之间的相关性，以及考虑到ALP相互作用的有效描述的有效性，单喷搜索实际上是更合适和有效的间接约束ALP的情况下。
2015-06-10 hep-ex hep-ph
Constraining eV-scale axion-like particle dark matter: insights from the M87 Galaxy
本研究通过分析 M87 星系中心的多波长数据，约束了 eV 尺度类轴子粒子暗物质衰变产生的窄发射线，推导出 ALP 与双光子的耦合常数限制，在 8-20 eV 质量范围内比现有结果强一个数量级。
2025-06-02 astro-ph.HE hep-ph
New solar X-ray constraints on keV Axion-Like Particles
本研究利用太阳引力场中类轴子粒子衰变对太阳X射线流量的贡献，结合光子聚合产生机制与康普顿吸收效应，提升了keV量级ALPs参数空间的约束精度，明确了不同耦合参数对约束结果的主导作用。
2023-06-19 astro-ph.SR hep-ph
Axion-Like Particles at Future Colliders
类轴子粒子（ALP）是标准模型（SM）的高能扩展中自发破缺全局对称性的伪南武-戈德斯通玻色子。这使它们成为未来实验的主要目标，旨在发现新的物理学，解决SM的一些开放问题。虽然未来的高精度实验可以发现质量远低于GeV的ALP，但更重的ALP可以在未来的高能轻子和强子对撞机上寻找。我们讨论了不同的建议对撞机，专注于共振ALP生产，ALP生产的衰变中的重SM共振，并关联ALP生产与光子，Z玻色子或希格斯玻色子。我们认为，领先的有效运营商调解ALP和SM粒子之间的相互作用，并讨论搜索策略的ALP迅速衰减以及ALP延迟衰减。对LHC的高亮度运行及其高能升级、CLIC、未来的$e^+e^-$环对撞机CEPC和FCC-ee、未来的pp对撞机SPPC和FCC-hh以及MATHUSLA面阵作了预测。我们进一步讨论了相关ALP耦合的未来测量的电弱精密参数的约束力。
2020-08-18 hep-ph
Constraining axionlike particles with invisible neutrino decay using the IceCube observations of NGC 1068
本研究提出利用中微子衰变产生的类轴子粒子在银河系磁场中转伽马射线的新机制，结合IceCube与Fermi-LAT对NGC 1068的观测，给出了类轴子粒子参数的95%置信水平上限，结果与伽马射线观测约束相当，并估算了其对GeV弥散伽马流量的贡献。
2024-03-07 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Constraining Axion-Like-Particles with Hard X-ray Emission from Magnetars
磁星核心产生的类轴子粒子（ALP）会在磁层中转化为光子，导致硬X射线波段的可能特征。我们进行了详细的计算ALP光子转换概率在磁层，重铸耦合微分方程，描述ALP光子传播成一种形式，是有效的大规模数值扫描。我们显示的ALP能量，质量，ALP-光子耦合，磁星半径，表面磁场，和之间的角度的磁场和传播方向的转换概率的依赖关系。一路上，我们开发了一个分析的形式主义，在更一般的$n$状态振荡系统进行类似的计算。假设ALP发射率从核心，只是次主导中微子发射，我们计算的ALP质量与ALP光子耦合空间的约束，以SGR 1806-20为例。特别是，我们采取基准值的磁星半径和核心温度，并约束ALP参数空间的要求，ALP-光子转换的光度不应超过总的观测光度的磁星。由此产生的约束条件是竞争力的ALP参数空间的相关部分从日光镜实验的约束。
2019-02-14 astro-ph.HE hep-ph
Constraining resonant dark matter self-interactions with strong gravitational lenses
本文提出利用四重成像类星体观测约束具有长程力的自相互作用暗物质模型，通过共振特征影响核心坍缩时间尺度，并给出最强约束，开辟了探索SIDM理论的新途径。
2023-05-08 astro-ph.CO hep-ph
Constraining resonant photon-axion conversions in the Early Universe
在宇宙的热历史中，原始磁场的存在会引起光子和类轴子粒子（ALP）之间的共振转换。这些转换会扭曲宇宙微波背景（CMB）的黑体光谱。在这种情况下，我们推导出的光子ALP共振转换使用高精度的宇宙背景探测器上的FIRAS仪器收集的CMB光谱数据的界限。我们得到了光子-ALP耦合常数g乘以磁场强度B的乘积的上限，当ALP质量低于eV时，g B > 10^{-13} GeV^{-1} nG。
2009-08-06 astro-ph.CO hep-ph
Light Shining Through Wall Bounds on Axions From Obscured Magnetars
本文提出利用被遮挡磁星作为天体物理环境下的光穿墙（LSW）场景，通过对比观测与内禀通量限制ALP-光子耦合，为低质量轴子提供了强力的约束界限。
2023-11-24 astro-ph.HE hep-ph
Constraining SuperWIMPy and Warm Subhalos with Future Submillilensing
我们建议观测类星体-星系强透镜系统，对初始涨落的阻尼尺度给出一个新的约束。我们发现，未来对类星体多透镜图像的亚毫弧尺度天体测量位移的观测将在巨透镜晕内发现\sim 10^{（3-9）} M_{\odot}亚晕。如果探测到\sim 10^3 M_{\odot}的子晕，那么由WIMP衰变产生的超弱相互作用大质量粒子（superWIMP）和预测同向阻尼尺度大于\sim 2 kpc的暖暗物质（WDM）粒子就可以被约束。
2006-10-30 hep-ph
New constraints on light Axion-Like Particles using Chandra Transmission Grating Spectroscopy of the powerful cluster-hosted quasar H1821+643
类轴子粒子（Axion-Like Particles，ALP）被几种超越标准模型的理论预言，特别是弦论。在存在垂直于传播方向的外部磁场的情况下，ALP可以耦合到光子。因此，如果通过磁化等离子体观察X射线源，例如星系团中的发光类星体，我们可以预期光子ALP振荡很好地描述了光谱失真。利用$571 \ \mathrm{ks}$结合高、低能透射光栅（HETG/LETG）Chandra对强射电宁静类星体H1821+643进行了观测，该类星体位于红移为$0.3$的冷核星系团中.该光谱由双幂律连续谱和典型的1型活动星系核（AGN）的宽$+$窄铁谱线发射很好地描述，其余的光谱特征为$< 2.5\%$。使用基于细胞的方法来描述湍流集群磁场，我们比较我们的光谱与光子ALP混合曲线为500场实现假设的热磁压力比保持不变的维里半径。在$99.7\%$可信度和使用$β= 100$时，我们排除了大多数ALP肿块$< 10^{-12} \ \mathrm{eV}$的所有耦合$g_\mathrm{aγ} > 6.3 \times 10^{-13} \ {\mathrm{GeV}}^{-1}$。我们的研究结果是适度更敏感的约束ALP比以前最好的结果从钱德拉观测英仙座集群，虽然与一个较少的约束场模型。我们反映了光明的活动星系核嵌入在丰富的集群，特别是与即将到来的雅典娜任务的ALP研究的光明的未来。
2021-11-25 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Probing a diffuse flux of axion-like particles from galactic supernovae with neutrino water Cherenkov detectors
在这篇文章中，我们声称，类轴子粒子（ALP）与MeV的质量可以产生半相对论性的速度在核心坍缩超新星（SNe），产生一个弥漫的银河通量。我们表明，这些ALP可以检测到中微子水切伦科夫探测器通过$a \, p \rightarrow p \, γ$相互作用。使用超级神冈的数据，我们推导出新的约束ALP参数空间，不包括一个区域跨越一个数量级以上的ALP-质子耦合的冷却范围内的ALP质量的范围内的$1-70$ ~MeV和ALP-质子之间的耦合$\sim 2\times10^{-5}-2\times10^{-4}$。我们表明，未来的超神冈将能够探测耦合小到$\sim 10^{-5}$，大大限制了SN 1987 A冷却边界以上的允许区域。
2025-07-14 astro-ph.CO hep-ph
Comprehensive ALP Searches in Meson Decays
本研究利用开源工具 ALPaca 整合有效场论与紫外模型，系统分析介子衰变中的 ALP 信号、味约束及 Belle II 异常。
2025-07-25 hep-ex hep-ph
Constraining ALP-Top Interaction from the Chromoelectric Dipole Moment of the Top Quark
本文研究 CP 混合 ALP 诱导的顶夸克 CEDM，计算其单圈与两圈贡献，并利用 EDM/CEDM 实验界限约束 ALP-顶夸克耦合，最强限制来自中子 EDM。
2025-07-24 hep-ph
Axion-Like Particles at future $e^- p$ collider
本文研究未来LHeC电子-质子对撞机上通过矢量玻色子融合产生类轴子粒子的能力，利用多区间χ²分析在5–300 GeV质量范围内给出相关耦合上限，并展示LHeC探测ALPs的潜力。
2024-01-11 hep-ph
Constraining Postinflationary Axions with Pulsar Timing Arrays
本研究利用脉冲星计时阵列的最新NANOGrav数据，通过轴子弦产生的随机引力波背景约束暴胀后类轴子粒子的参数，给出了轻、重两类ALP对应的参数空间限制结果。
2023-12-20 astro-ph.CO hep-ph
Constraining the Existence of Axion Clouds in M87* with Closure Trace Analyses
本文提出利用对校准不敏感的闭合迹与共轭闭合迹乘积分析M87*偏振数据，以规避增益和泄漏等系统误差，并约束超大质量黑洞周围轴子云的存在。
2023-11-02 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Finding BSM Needles in Electromagnetic Haystacks at DUNE
Oklahoma State University（俄克拉荷马州立大学）；University of Texas, Arlington（得克萨斯大学阿灵顿分校）；University of South Dakota（南达科他大学）；Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）；University of Pittsburgh（匹兹堡大学）；CERN（欧洲核子研究中心）；Northwestern University（西北大学）
本文研究了DUNE近探测器中通过电磁 shower 检测长寿命粒子的背景抑制方法，以寻找超出标准模型的物理现象。
2026-02-25 hep-ex hep-ph
A Diffused Background from Axion-like Particles in the Microwave Sky
本文研究了CMB光子在星系星团磁场中共振转化为类轴子(ALPs)所产生的微波天空弥散极化各向异性信号，并评估了未来CMB实验对该信号的探测能力及对耦合强度的约束潜力。
2024-07-30 astro-ph.CO hep-ph hep-th
A power spectrum approach to the search for Axion-like Particles from resolved galaxy clusters using CMB as a backlight
本研究提出一种基于功率谱的方法，利用CMB作为背景光从已分辨星系团中搜索类轴子粒子，通过多频前景清除技术，结合未来CMB实验可对ALP-光子耦合强度给出更严格的探测约束。
2024-09-16 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Fundamental physics with the Hubble Frontier Fields: constraining Dark Matter models with the abundance of extremely faint and distant galaxies
我们发现，在$z\approx 6$在哈勃前沿场（HFF）的超微弱透镜星系的测量丰度提供了严格的约束参数空间的i）暗物质模型的基础上keV的不育中微子; ii）“模糊”波状暗物质模型，基于超轻粒子的玻色-爱因斯坦凝聚体。对于不育中微子，我们考虑了两种产生机制：通过与活跃中微子混合产生的共振产生和标量粒子的衰变。对于前一个模型，我们推导出组合的无菌中微子质量$m_ν$和混合参数$\sin^2(2θ)$，提供了严格的下限混合角（因此轻子不对称性）的方法独立于重子物理。对于后者，我们计算的标量质量，其耦合到希格斯场，和汤川耦合的标量不育中微子的允许组合。我们比较我们的结果，独立的，现有的天体物理界在相同的质量范围内的不育中微子。对于“模糊”的情况下，暗物质，我们发现，所观察到的数密度$\approx 1/{\rm Mpc}^3$的高红移星系在HFF设置一个下限$m_ψ\geq 8\cdot 10^{-22}$电子伏特（在3- $σ$置信水平）的粒子质量，结果强烈反对波状玻色子暗物质作为一个可行的模型结构形成。我们讨论的影响，我们的结果的不确定性，由于系统学在选择高度放大，微弱的星系在高红移。
2017-01-11 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Optical Lensing by Axion Stars: Observational Prospects with Radio Astrometry
轴子和类轴子粒子（ALP）是一些最有动机的暗物质（DM）候选者。在某些情况下，早期宇宙中的大轴子波动可以坍缩形成称为轴子团的密集结构。密度轴子团是一种亚稳态，称为介子。在本文中，我们提出了一类新的可观测量，利用轴子的光子耦合。这种耦合的结果是，轴子团的作用就像一种非均匀折射光学介质--透镜--会导致入射电磁波的反常色散。轴子团对电磁波的散射，清楚地将这种透镜效应与引力透镜区分开来。在背景射电源前经过的轴子团块充当透镜，并导致明显的位置偏移，这可能会被即将到来的平方公里阵列（SKA）的高精度射电天体测量任务发现。我们讨论的敏感性SKA透镜效应在各种轴子晕模型。虽然引力微透镜测量对以不发光天体形式存在的DM的数量有很强的限制，但对质量范围为$[10^{-14}, 10^{-11}] M_\odot$的天体却无法做到这一点。我们发现，在很宽的参数空间范围内，SKA将是敏感的光学透镜在质量范围内，目前不受微透镜调查的光子。
2021-05-20 astro-ph.CO hep-ph
