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
Nonlinear resonant oscillation of gravitational potential induced by ultralight axion in $f(R)$ gravity
在$f(R)$引力场中研究了质量约为$10^{-22}$ eV的超轻轴子暗物质，这可能解决暗能量问题.特别是，我们专注于一个事实，即在时间振荡的轴子场的压力产生振荡的引力势。我们证明了引力势的振荡对引力模型是敏感的。值得注意的是，我们发现，通过引力波探测器的振荡的可探测性可以显着增强由于超轻轴子和标量之间的非线性共振。
2017-07-27 astro-ph.CO gr-qc 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
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
Evolution of perturbation and power spectrum in a two-component ultralight axionic universe
研究了双分量超轻轴子宇宙中宇宙微扰的演化。我们提出了第一个频谱计算的扰动多组分宇宙。由轻极端轴子和自由大质量粒子组成的特殊情况为形成非常高红移的大质量星系提供了可能性，这些星系通常需要容纳大质量的早期类星体。我们的计算保留了单个轴子组件的扰动速度信息，为未来轴子暗物质模拟设置初始条件开辟了新的途径。
2021-05-14 astro-ph.CO
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} ) $）极限的轴子暗物质。我们认为，这些模型的后期宇宙宇宙学，表明要求轴子有一个物质的功率谱相匹配的冷暗物质约束的轴子耦合到可见光扇区的大小。将这些限制与当前和未来的实验努力进行比较，我们发现许多搜索需要与标准模型场具有异常大耦合的轴子，而与轴子在早期宇宙中的分布无关。我们调查的机制，可以减轻的界限，即，引入大的费用，各种形式的动力学混合，发条结构，并施加离散对称性。我们为每种情况提供了一个明确的模型，并探讨其现象和可行性，以产生可检测的超轻轴子暗物质。
2021-01-08 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
An Ultralight Axion in Supersymmetry and Strings and Cosmology at Small Scales
讨论了在超重力和弦中产生质量为$\sim 10^{-21}-10^{-22}$ eV的超轻轴子的动力学机制。这种质量的超轻粒子为暗物质提供了一个候选者，它可能在$10\, {\rm kpc}$或更小的尺度上为宇宙学发挥作用。一个有效的轴子质量算子方法为超轻轴子模型提供了一个一般框架，在一种情况下，将尺度$10^{-21}-10^{-22}$ eV恢复为电弱尺度乘以具有$O(1)$威尔逊系数的层次的平方。我们讨论了几类模型实现这个框架，可以产生必要的大小的超轻轴子。在一类超对称模型中，超轻轴子是由类瞬子效应产生的。在第二类高维运营商涉及耦合的希格斯，标准模型单线态，和轴子领域自然导致超轻轴子。此外，对于所考虑的模型类，超轻尺度和弱尺度之间的层次结构得以维持。我们还讨论了一个超轻的规模内字符串为基础的模型的生成。在这里，它表明，在单模KKLT模稳定计划的超轻轴子将需要一个超低的弱标度。然而，在大体积场景中，轴子尺度和弱尺度之间的期望层次是实现的。本文讨论了弦框架内希格斯场与瞬子耦合的一般分析，并指出实现这种耦合的必要条件是瞬子存在矢量零模。这些模型的一些唯象方面进行了讨论。
2017-03-22 astro-ph.CO astro-ph.HE 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
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
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
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
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
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
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
Constraining Ultralight Axions with Galaxy Surveys
超轻轴子和其他玻色子是暗物质候选者，存在于标准模型之外的许多高能物理理论中。特别是，弦轴向宇宙假设存在多达$\mathcal{O}(100)$的轻标量玻色子构成暗扇区。考虑到混合物的轴子和冷暗物质，我们得到的轴子遗迹密度$Ω_a h^2 < 0.004$的质量$10^{-31}\;\mathrm{eV}\leq m_a \leq 10^{-26}\;\mathrm{eV}$的轴子在95%的置信度。我们还提高了现有的限制超过4.5和2.1倍的$10^{-25}$ eV和$10^{-32}$ eV的轴子质量，分别。我们使用的傅立叶空间星系聚类统计的重子振荡光谱调查（BOSS），并展示了星系调查如何打破重要的退化轴子参数空间相比，宇宙微波背景（CMB）。通过制作模拟星系表，验证了大尺度结构方法的有效场论对混合超轻轴子暗物质的有效性，并在星系四极子中发现了各向异性的超轻轴子特征.我们还观察到的线性星系偏差的增强，从1.8到2.4时，允许5%的暗物质组成的$10^{-28}$ eV的轴子在我们的模拟。最后，我们开发了一个增强的插值方案，允许快速计算的轴子贡献的线性物质的功率谱，导致70%的计算成本减少了完整的蒙特卡罗马尔可夫链分析。
2021-06-11 astro-ph.CO
Cosmological particle-in-cell simulations with ultralight axion dark matter
我们研究了超轻轴子暗物质或“模糊暗物质”（FDM）的宇宙结构形成，使用粒子网格方案来解释薛定谔-泊松方程的马德隆公式中产生的量子压力。子能级能量守恒和正确的线性行为证明。尽管该代码产生了与薛定谔方程的直接模拟相同的核心晕轮廓，但它没有再现详细的干涉图案。在FDM初始条件下的宇宙学模拟中，我们发现在量子Jeans长度附近的功率谱中，与使用具有相同初始条件的标准N体代码相比，最大相对差为O（$10\%$）。这表明，在对由超轻轴子组成的暗物质成分进行精确约束时，不能忽略非线性结构形成过程中量子压力的影响。
2017-01-02 astro-ph.CO
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
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
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
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
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
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
Nonminimally coupled ultralight axions as cold dark matter
我们考虑一个非最小耦合标量场作为一个潜在的冷暗物质候选者。这些模型是基于最小耦合标量场的超轻轴子模型的自然扩展。这种超轻的标量场是由弦论激发的，特别是在轴向宇宙场景的背景下进行了研究。对于非最小耦合场，标量场能量密度在早期表现为辐射，这产生了原始核合成理论中耦合常数$ξ\lesssim 10$的限制。在绝热初始条件下，非最小耦合场的一阶扰动导致引力势在大尺度上衰减。宇宙学数据与理论物质功率谱的比较产生了以下对耦合常数的约束：$ξ\lesssim 0.01$。我们还考虑等曲率模式在我们的分析。我们认为，绝热和等曲率初始条件的非最小耦合标量场的混合可能会允许一个获得通常的绝热CDM功率谱。
2022-06-10 astro-ph.CO
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
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
Inflationary Axion Isocurvature in the CMB across All Ultralight Masses
University of Chicago（芝加哥大学）；Haverford College（哈弗福德学院）
该研究扩展AxiECAMB的ETA方法，分析全超轻质量范围轴子等曲率扰动，给出解析公式与约束，指出特定质量区域的信号特征及共存窗口，或缓解S8张力。
2026-08-11 astro-ph.CO hep-ph
New astrophysical bounds on ultralight axionlike particles
受到普通冷暗物质（CDM）的预测和星系尺度观测之间的紧张关系的影响，质量为$10^{-22}~{\rm eV}$量级的超轻类轴子粒子（ULALP）被提出作为另一个CDM候选者。我们认为冷和碰撞的ULALP产生于早期宇宙的真空重新排列机制，构成了大部分的CDM。ULALP流体通常由经典场方程描述。然而，我们表明，像QCD轴子，ULALP热化引力自相互作用，并形成一个玻色-爱因斯坦凝聚体，量子现象。像QCD轴子一样，ULALP解释了暗物质焦散环的观测证据，因为它们热化并进入它们可用的最低能量状态。这是回转球体上的刚性旋转。通过研究ULALP对银盘星的加热效应以及银盘IRAS图中三角形特征观测到的焦散环厚度，我们分别得到了$10^{-23}$和$10^{-20}~{\rm eV}$阶ULALP质量的下限.
2017-03-01 astro-ph.CO
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
Cosmological signatures of ultralight dark matter with an axionlike potential
现实轴子场势的非线性在宇宙动力学中可能起着重要的作用。本文用玻尔兹曼程序CLASS求解了轴子场的背景和线性微扰演化，并与CDM和自由轴子场的结果进行了比较。我们的结论是，有一个轻微的延迟在发病的轴子场振荡时，在轴子潜在的非线性考虑。此外，我们确定了一个快子不稳定性的线性模式，导致在小尺度的功率谱中存在一个凸点。一些评论是反过来的快子不稳定性的真正来源，如何轴子的潜在的参数可以约束的Ly- $α$的意见，和后果的稳定性的自引力物体的轴子。
2017-10-02 astro-ph.CO gr-qc
Accurate method for ultralight axion CMB and matter power spectra
University of Chicago（芝加哥大学）；Haverford College（哈弗福德学院）
研究超轻轴子宇宙微波背景和物质功率谱的精确方法，在全宇宙学玻尔兹曼代码中实现技术扩展，覆盖\(10^{-33} \lesssim m/{\rm eV} \lesssim 10^{-18}\)范围，提升功率谱精度，或影响解决\(\Lambda\)CDM中张力的模型参数。
2026-07-28 astro-ph.CO hep-ph
Oscillating gravitational potential due to ultralight axion: linear theory
在康普顿波长小于视界尺度的假设下，导出了超轻轴子作为宇宙暗物质引起的振荡引力势。一个新的振荡项被发现占主导地位的规模大于量子牛仔尺度上的先前已知的。在宇宙学的线性微扰的背景下，这个新的术语可能在未来的观测中更相关。导出了零剪切规范中密度微扰的量子应力和引力势的量子振荡。结果表明，相对论分析中的轴子流体与相对论零压流体和牛顿零压流体有很大的不同，只在密度微扰中对应于牛顿流体。这种一致性要求相对论分析在大于康普顿波长的尺度上有效。
2021-12-07 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Measuring Ultralight-Axion Coherence with Galaxy Polarization Correlations
The University of Tokyo（东京大学）
研究利用星系偏振旋转角的三维两点相关性测量超轻类轴子双折射场幅度及相干尺度，通过检测星系对相关性转折测特征动量尺度，幅度约束相关参数，对特定基准调查给出灵敏度等结果，提供了一种晚期探测方法。
2026-10-22 astro-ph.CO 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
Search for ultralight dark matter in the SuperMAG high-fidelity dataset
本研究在SuperMAG高保真数据集中搜寻超轻暗物质振荡磁场信号，填补了参数空间空白，未发现候选者，并设定了该质量范围内的领先直接约束。
2024-12-26 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on Ultralight Scalar Dark Matter with Quadratic Couplings
超轻暗物质是一个引人注目的暗物质候选者。在这项工作中，我们研究了二次耦合超轻暗物质对大爆炸核合成预测的影响。超轻暗物质的存在可以修改大爆炸核合成过程中基本常数的有效值，修改原始元素（如氦-4）的预测丰度。我们从两个方面改进了现有的文献：首先，我们考虑了超轻暗物质由于与标准模型浴的二次相互作用而获得的热质量，它影响了暗物质的宇宙学演化。其次，我们处理弱冻结使用完整的动力学方程，而不是使用一个瞬时近似。这两项改进都被证明会影响氦-4在以前工作中普遍耦合的暗物质背景下的预测。我们将这些经验推广到更一般的耦合。我们表明，这些修改，大爆炸核合成提供了强大的约束超轻暗物质与二次耦合的标准模型的大范围的质量相比，这个模型的其他探针，如等效原理测试，原子和核时钟，以及天体物理和其他宇宙学探测。
2023-03-28 astro-ph.CO hep-ph
Unbiased constraints on ultralight axion mass from dwarf spheroidal galaxies
有人建议，矮球状星系（dSphs）的内部动力学可以用来测试是否超轻轴子与$m_a\sim 10^{-22}\text{eV}$是一个首选的暗物质候选人。然而，与理论预测的比较往往是不确定的，原因很简单，虽然大多数宇宙学模型只考虑暗物质，但人们只观察到重子。在这里，我们使用现实的银河系dSph的运动学模拟数据目录表明，“质量各向异性简并”在牛仔裤方程导致有偏见的界限未知的暗物质晕配置文件的星系中的轴子质量。在具有多个化学动力学成分的星系中，这种偏差可以通过模拟每个子群中的质量来部分消除。然而，模拟数据的分析表明，轴子质量的最小偏差的限制直接从拟合的各个化学动力学组件的光度平均速度色散的结果。将我们的分析应用于两个dSph的已报道的恒星子组件，天炉座和玉夫座，并假设晕轮廓没有受到重子的作用，分别得到核心半径$r_{c}>1.5$ kpc和$r_c> 1.2$ kpc，以及$m_a<0.4\times 10^{-22}\text{eV}$在97.5%的置信度。这些界限是在紧张局势与观测卫星的数量来自简单的（但保守的）估计的subhalo质量函数在银河系类星系。我们将讨论重子反馈如何影响我们的结果，以及如此小的轴子质量对宇宙结构增长的影响。
2017-08-21 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
The cosmological evolution of ultralight axionlike scalar fields
我们研究了具有$V(ϕ) = m^2 f^2[1 - \cos(ϕ/f)]^n$形式势的超轻类轴子标量场的宇宙学演化，特别强调了它们的行为与相应的小$-ϕ$幂律近似的偏差，这些势是：$V(ϕ) \propto ϕ^{2n}$。我们表明，在慢滚制度，当$\dot ϕ^2/2 \ll V(ϕ)$，充分的势能产生一个更有趣的范围内的可能性的精髓比相应的幂律近似。对于快速振荡的标量场，我们导出了标量势的状态参数方程和振荡频率，并说明了它们如何偏离相应的幂律值。我们推导出状态方程参数的解析表达式，它比纯幂律近似更好地近似了λ值。
2020-10-06 astro-ph.CO gr-qc
Non-sphericity of ultralight axion dark matter haloes in the Galactic dwarf spheroidal galaxies
超轻轴子暗物质是解决小尺度问题，特别是核尖点问题的可能方案之一。这是因为暗物质可以在所有暗物质晕中产生一个中心孤子核心，这是由于德布罗意波长以下的量子压力对抗重力，这在轴子质量范围为$\sim10^{-22}$ eV的天体物理尺度上变得明显。在这项工作中，我们应用我们的非球形动力学模型的运动学数据的8个经典矮椭球体（dSphs），以获得更可靠和现实的限制，对中微子质量。这是由于dSphs的光分布不是球形的，也不是暗物质模拟预测的暗物质晕的形状。与以往的球形质量模型下的暗暗物质研究相比，由于非球形度的不确定性，我们的结果比那些约束条件更宽松。另一方面，值得注意的是，我们发现dSphs更喜欢有一个扁平的暗物质晕，而不是一个球形的，特别是天龙座喜欢一个强烈拉长的暗物质晕天真地假设一个孤子核心的配置文件。此外，我们随之而来的非球形核心的配置文件是更平坦的比数值预测的基础上的暗物质，即使仍然有不确定性的估计暗物质晕结构。为了减轻这种差异，可能需要进一步了解小质量尺度上的重子和/或重暗物质物理。
2019-12-04 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Gravitationally Misaligned Ultralight Dark Matter and Implications for Neutron Stars
该研究探讨早期宇宙中通过非最小引力耦合失准的超轻标量暗物质可能性，发现特定质量范围下中子星引力效应可对模型参数空间施加限制，无需暗物质与普通物质的非引力相互作用。
2024-11-26 astro-ph.CO hep-ph
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
Ultralight DM bosons with an Axion-like potential: scale-dependent constraints revisited
一个被赋予三角势的标量场$ϕ$被认为扮演了暗物质的角色。对线性扰动的宇宙学演化的深入研究，以及与冷暗物质（CDM）和模糊暗物质（FDM）情况（具有二次势的标量场）的比较，揭示了由于类轴子势的非线性，大波数的质量功率谱的振幅增强。第一次，我们研究了物理量的尺度依赖性，如生长因子$D_k$，速度生长因子$f_k$，和$f_k σ_8$。我们发现，对于$z<10$，所有这些量恢复CDM演化，而对于高红移有一个明确的区别，每个模型（FDM的情况下，和轴子的潜力）取决于波数$k$和轴子的衰变参数的潜力以及。一个半分析晕质量函数也重新审视，发现一个抑制的数量低质量晕，在FDM的情况下，但由于非线性的类轴子潜在的方差和晕质量函数的幅度有一个小的增量。最后，我们通过使用普朗克合作2018和Lyman- $α$森林的数据，给出了对轴子质量和轴子衰变参数的约束。
2021-01-26 astro-ph.CO
Neutrino meets ultralight dark matter: $\boldsymbol{0νββ}$ decay and cosmology
我们研究了由超轻暗物质场与中微子耦合引起的无中微子双β衰变。如果耦合违反轻子数，$0νββ$衰变的影响是显着的，其中$ΔL=2$跃迁直接由暗物质场驱动，而没有进一步抑制小中微子质量。由于超轻暗物质可以用经典场很好地描述，因此这种效应的特征是衰变事件中的周期性调制模式。然而，我们发现，在早期宇宙中，这种耦合很可能会改变标准的宇宙学结果。特别是，中微子自由流的要求之前的物质辐射的平等严重约束的参数空间，使未来的$0νββ$衰变实验几乎看不到任何信号，即使与meV的有效中微子质量的灵敏度。
2022-06-16 astro-ph.CO hep-ph
Simulations of Shapiro, Gravitational, and Doppler time delays in pulsar networks for ultralight dark matter
Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI), UTIAS, The University of Tokyo（宇宙物理与数学研究所（WPI），多伦多大学天文系，东京大学）
本文通过模拟脉冲星网络，研究超轻暗物质的Shapiro、引力和多普勒时间延迟，以探测其密度场扰动特性。
2025-12-08 astro-ph.CO hep-ph
Bounds on Ultralight Dark Matter from NANOGrav
NANOGrav探测到的随机引力波背景对超大质量黑洞周围超轻暗物质孤子施加了限制，通过动力学摩擦抑制nHz频段特征应变，排除了特定质量范围的超轻暗物质粒子。
2024-06-01 astro-ph.CO 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
Axi-Higgs cosmology: Cosmic Microwave Background and cosmological tensions
早期宇宙中希格斯真空期望值（Higgs-VEV）升高的非正则宇宙学被认为是$Λ$ CDM制度内现有紧张局势的解决方案。我们最近提出了一个名为axi-Higgs的理论模型来探索这个框架。axi-Higgs模型的特征在于质量为$m_a \sim 10^{-29}$ eV的超轻轴子，其耦合到Higgs场，使得Higgs-VEV由轴子背景演化驱动。唯象地，axi-Higgs模型等价于$Λ$ CDM+ $m_e$ + $ω_a$，定义为具有电子质量变化和超轻轴子存在的$Λ$ CDM.本文利用Markov Chain Monte Carlo方法研究了axi-Higgs粒子的参数空间，并与$Λ$ CDM、只允许电子质量变化的$Λ$ CDM+ $m_e$和只允许超轻轴子存在的$Λ$ CDM+ $ω_a$进行了比较.结合宇宙微波背景、重子声学振荡、弱透镜宇宙剪切巡天的观测资料，我们发现了$H_0 = 69.4 \pm 1.3$ km/s/Mpc，它使哈勃张力降低到大约$2.4σ$。结合IA型超新星的观测数据和SH 0 ES的哈勃观测数据，我们发现了$H_0 = 71.34 \pm 0.96$ km/s/Mpc。这种Higgs-VEV驱动轴子的存在可能在不久的将来被原子钟和类星体光谱测量所检验。
2022-12-01 astro-ph.CO hep-ph
Probing Quadratically Coupled Ultralight Dark Matter with the Laser Interferometer Space Antenna
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；Université Paris-Saclay, CNRS, CEA, Institut de Physique Théorique（巴黎萨克雷大学）；Abdus Salam Centre for Theoretical Physics, Imperial College（阿卜杜斯·萨拉姆理论物理中心，帝国理工学院）
研究用LISA探测与标准模型二次耦合的超轻暗物质，因耦合二次性质信号出现在两个频率，分析表明LISA在特定质量范围能超现有探测限制，且无屏蔽效应，提升探测灵敏度。
2026-07-10 astro-ph.CO hep-ph
Electroweak Axion as the Fuzzy Dark Matter -- A Proposal for the Mixed Fuzzy and Cold Dark Matters
电弱轴子与质量为$m\simeq 10^{-20}$ -- $10^{-19}\,{\rm eV}$的模糊暗物质相同。该模型预测了暗物质的两种成分，一种是超轻物质，另一种是类似WIMP的物质。预言了模糊暗物质与光子之间的Chern-Simons型相互作用和质子的$B+L$破缺衰变。
2022-11-29 astro-ph.CO hep-ph
Probing Axions via Light Circular Polarization and Event Horizon Telescope
本文利用事件视界望远镜的偏振测量，研究轴子-光子-黑洞磁场相互作用对光偏振的影响，提出离壳轴子散射可产生显著圆偏振，从而为约束超轻类轴子参数空间和探测黑洞附近轴子特征提供新途径。
2023-04-12 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Hellings-Downs curve deformed by ultralight vector dark matter
研究指出超轻矢量暗物质会使 PTA 引力波探测中的 Hellings-Downs 角关联曲线形变，从而为利用该曲线约束带自旋超轻暗物质提供依据。
2023-07-24 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Background-Induced Forces from Quadratically Coupled Ultralight Dark Matter
Cincinnati State Technical and Community College（辛辛那提州立技术与社区学院）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器中心 DESY）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；University of Oregon（俄勒冈大学）
研究二次耦合超轻标量暗物质通过背景诱导产生成分依赖力的机制，采用分波散射方法解析角依赖性和地球屏蔽效应，发现信号分裂为多边带结构，并评估了MICROSCOPE实验约束及未来实验的灵敏度提升。
2026-10-28 astro-ph.CO hep-ph
Quantum corrections as a Bound for Detecting Self-Interacting Ultralight Dark Matter
Jungwon University（中远大学）；North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）
研究超轻暗物质与标准模型粒子相互作用对其有效自相互作用耦合常数的影响，发现单圈量子修正会使常数大幅增加且受宇宙学观测限制，强调探测中考虑量子修正的重要性。
2026-09-22 astro-ph.CO hep-ph
Ultralight Repulsive Dark Matter and BEC
超轻纯量暗物质的质量等于或低于eV标度，并且由于排斥性自相互作用而产生压力，这些物质可以在早期宇宙中形成玻色-爱因斯坦凝聚体，或许在星系中也是如此。它被认为是一个可能的解决方案的尖点/核心问题，甚至解释MOND现象。本文从粒子物理的角度出发，对超轻标量暗物质可能存在的自相互作用进行了研究。为了保护它的质量，标量暗物质被认为是一种伪南武-戈德斯通玻色子（pNGB）。许多具有不同势能的pNGB模型，如QCD轴子和量子介子，都能产生吸引的自相互作用。然而，如果一个轴子是一个五维规范U（1）对称的残余，它的自相互作用可能是排斥的，只要贡献给它的势的五维物质的质量和电荷满足某些约束。集体对称性破缺也可能导致排斥性的自相互作用，但其强度太大，被子弹团约束排除在外。我还讨论了宇宙学和天体物理学的超轻排斥暗物质的参数化粒子物理学的考虑。
2016-04-15 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
