The Axiverse induced Dark Radiation Problem
弦/ $M$理论Axiverse --大量质量范围很广的非常轻的类轴子粒子(ALP)--可以说是弦/ $M$理论的一般预测。弦/ $M$理论也倾向于预言早期宇宙是由模场主导的。当重模量在核合成之前衰减时,它们会以相对论ALP的形式产生暗辐射。一般来说,人们估计相对论性物种的数量随着轴宇宙中轴子的数量而增长,这与$N_{eff} \leq 4$的观察结果相矛盾。我们详细地解释了这个问题,并提出了一些可能的解决方案,最简单的方案要求最轻模只衰变到它自己的轴子超伴子和标准模型粒子,这严重地限制了模的Kahler势和质量矩阵.
2015-12-24 astro-ph.CO hep-ph 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
Axion Mixing in the String Axiverse
Yunnan University(云南大学);Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences(中国科学院理论物理研究所);International Centre for Theoretical Physics Asia-Pacific(亚太理论物理中心);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学);Hangzhou Institute for Advanced Study, UCAS(杭州高等研究院,中国科学院大学)
本文研究轴子质量混合,探讨了轴子模型中实现最大混合的条件,揭示了轴子混合的动力学及宇宙学影响。
2026-06-29 hep-ph hep-th
Gravitational wave forest from string axiverse
在弦论中预言的轴子可能有一个标量势,它的势区比传统的余弦势要浅得多。我们首先表明,位于这样的浅电位区域的轴子一般经历突出的共振不稳定性:众所周知的窄共振和/或拍打共振,这还没有得到很好的研究。我们还研究了基于晶格模拟的这些共振不稳定性引起的轴子的非线性动力学。我们发现,弦轴子在不同的质量范围内产生引力波(GW)的峰值在不同的频率确定的质量尺度,被称为GW森林。这可能使我们能够通过未来的多频GW观测来探索弦轴向。我们还研究了解释目前暗物质成分的轴子产生的引力波。
2018-07-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The QCD Axion: A Unique Player in the Axiverse with Mixings
本文研究轴子宇宙中QCD轴子与其他轴子混合时的动力学,发现其丰度增强可拓宽暗物质参数区域,并可能形成多组分暗物质。
2023-09-04 astro-ph.CO 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
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
Axiverse Strings
如果QCD轴子解决了强CP问题,那么轻的类轴子粒子(ALP)将在弦论-弦轴宇宙中普遍存在。这种ALP可以是QCD轴子,构成暗物质(DM)或辐射,精华,并导致新的力量。弦ALP也有望产生宇宙学上重要的全局轴子弦的多样性。我们研究了这些轴向宇宙弦的性质,包括模稳定的重要作用,发现弦核提供了不同解压缩的“门户”--确切地说,弦核探索了模空间的大凯勒或复杂结构边界。通常对于全局弦,弦间分离的张力$T_1\sim Λ^2 \log(LΛ)$为$L$,而$Λ$可以很小,为$\ll M_{\rm pl}$。在距离弦很远的地方,有潜在的新特征,涉及标准模型(SM)参数(汤川耦合、规范耦合、质量)的变化和等效原理的违反。
2021-09-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Glimmers from the Axiverse
本文研究IIB型弦紧致化中轴子-光子耦合被系统性压低的机制,并在20万个玩具模型系综中分析其唯象学后果,发现多数轴子不可见但少数可能通过光子耦合被探测。
2024-10-21 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Superheavy Dark Matter from the String Theory Axiverse
本研究提出弦理论中重轴子是自然的超重暗物质候选者,其遗迹密度源于暴胀量子涨落;通过KKLT框架模稳定分析,证明体积模和$C_4$轴子可由引力粒子产生,轴子稳定留存构成暗物质。
2025-04-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Axiverse Lampposts
University of Washington(华盛顿大学);International Centre for Theoretical Physics (ICTP)(国际理论物理中心);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN)(意大利国家核物理研究所)
本文通过N个耦合轴子模型研究弦轴子景观,发现轴子场范围随N增加而缩小,且最重模式与最小动能本征值对齐,导致探测前景受抑制,但QCD轴子例外,并指出耦合轴子暗物质在低尺度暴胀下对初始条件的调谐更宽松。
2026-05-30 hep-ph hep-th
A Fuzzy Axiverse from String Theory
本文在IIB型弦理论框架下构建模糊轴子暗物质模型,基于超过35万个Calabi-Yau紧致化的穷举系综系统分析错位产生机制,揭示暗物质由模糊轴子与较重轴子混合组成,并探讨自动微分优化策略在弦轴子宇宙探索中的应用。
2025-02-04 hep-ph hep-th
Axion dark matter with explicit Peccei-Quinn symmetry breaking in the axiverse
本文研究了早期宇宙中显式PQ对称性破缺下QCD轴子与ALP的质量混合及能级交叉现象,发现该机制可抑制QCD轴子遗迹密度并增强ALP遗迹密度,可能引发轴子畴壁、纳赫兹引力波和原初黑洞等宇宙学效应。
2024-08-28 astro-ph.CO hep-ph
Dark energy from the string axiverse
弦论认为,存在着大量的类轴子场,它们的质量分布在几十年内。在这里,我们表明,这些想法借给自己的一个模型的精髓没有超普朗克场漂移,所有的无量纲数是为了统一。该方案解决了“为什么是现在”的问题,即,为什么加速膨胀直到最近才开始,通过暗示暗能量支配的开始是随机发生的,在宇宙时间内每单位对数间隔的概率缓慢下降。标准的轴子势要求我们假设大多数没有变成暗能量的轴子场会迅速衰变。不过,引入稍微修改的轴子势,就避免了这些衰变的需要。在任何一种情况下,像我们这样的宇宙大约在100个宇宙中出现。这种情况可能会产生一系列可观察到的后果。
2014-09-22 astro-ph.CO hep-ph hep-th
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
Axiverse Baryogenesis
轴子宇宙通过引入额外的Peccei-Quinn对称性和新的耗散通道,解决了QCD轴子在重子不对称性和暗物质生成中的矛盾问题。
2025-11-19 hep-ph
Freezing-in the Axiverse
Flatiron Institute(平顿研究所);Tufts University(塔夫茨大学);New York University(纽约大学)
本文通过有效场论方法研究多个轻轴子对宇宙微波背景辐射巡天的发现空间影响,揭示电荷半径算符并分析味结构对N_eff的贡献。
2026-02-12 astro-ph.CO hep-ph hep-th
A CMB Millikan Experiment with Cosmic Axiverse Strings
我们研究超光速轴子与光子耦合的轴子弦。超轻轴子--重组时比哈勃还轻的轴子--是弦轴宇宙的一般预测。这些轴子串产生了一个独特的量子化的偏振旋转的CMB光子,这是$\mathcal{O}(α_{\rm em})$。当CMB光通过许多弦时,这种偏振旋转将E模式转换为B模式,并像随机行走一样增加。使用数值模拟,我们表明,预期的最终结果的大小是在当前和未来的CMB实验通过测量CMB B-模式与E-和T-模式的相关性范围内。量子化的偏振旋转角本质上是拓扑的,并且可以被看作是几何相位。它的值仅取决于反常系数,而与其他细节无关,如轴子衰变常数。通过测量这种旋转来测量反常系数将提供关于UV理论的信息,例如电荷的量子化和基本电荷单位的值。宇宙中轴子弦的存在只依赖于早期宇宙在暴胀后的相变,之后弦网络迅速接近吸引子标度解。如果有额外的稳定拓扑对象,如畴壁,那么重如$10^{-15}$ eV的轴子将是可访问的。这些弦的存在也可以通过测量引力透镜类星体系统中不同图像之间的相对偏振旋转角来探测。
2020-07-20 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Exploring the String Axiverse with Precision Black Hole Physics
最近有人提出,存在大量的轻轴子,即一个轴宇宙,是弦论存在额外维度的证据。我们通过彭罗斯超辐射过程讨论了这些轴子对天体物理黑洞的观测结果。当一个轴子康普顿波长与黑洞的大小相当时,轴子与黑洞“核”结合,在天空中形成一个引力原子。由黑洞的能量和角动量提供的超辐射原子能级的占有数呈指数增长。黑洞向下旋转,在其周围形成一个轴子玻色-爱因斯坦凝聚体云。当吸引轴子的自相互作用变得比引力结合能更强时,轴子云坍塌,这种现象在凝聚态物理中被称为“Bosenova”。轴子的存在首先是由天体物理学上的黑洞的质量与自旋图中的空隙来诊断的。对于年轻的黑洞,自旋的允许值是量子化的,从而在能隙区域内产生“Regge轨迹”。轴子云也可以通过精确的近视界几何映射或通过来自Bosenova爆炸的引力波以及引力原子中的轴子跃迁和湮灭直接观察到。我们的估计表明,这些信号在即将到来的实验中是可以检测到的,例如先进的LIGO,AGIS和LISA。目前的黑洞自旋测量表明,QCD轴子衰变常数的上限为2 x 10^17 GeV,而高级LIGO可以检测到来自QCD轴子云的信号,其衰变常数与大统一尺度一样低。最后,我们讨论了观测与Bosenova爆炸有关的γ射线的可能性,也许,从QCD轴子到光子转换的无线电波。
2011-08-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Note on moduli stabilization, supersymmetry breaking and axiverse
研究了四维N = 1超引力理论中重模和包含轻弦论轴子的准轴子多重态的模稳定化性质。我们给出了一般配方的情况下,重模和saxion稳定,而轴子保持轻,假设模稳定的超对称解附近。人们可以在非超对称闵可夫斯基真空中找到稳定的真空,即非快子介子。我们还讨论了模与超对称破缺扇区耦合和/或模对超对称破缺有贡献的情况。我们还研究了轴子起源于类物质场的模型。即使不存在轻的轴子多重态,我们对模稳定化的分析也是适用的。
2011-06-14 astro-ph.IM hep-ph hep-th
Hierarchical Axiverse
Yunnan University(云南大学)
该研究针对弦紧致化产生的约100个类轴子粒子,利用QCD诱导质量混合和随机混合,提出分层轴子域模式,其质量与衰变常数呈分层分布且满足沼泽地约束。
2026-08-05 hep-ph hep-th
Primordial black hole superradiance and evaporation in the string axiverse
该研究在弦轴子宇宙图景下,探究轻原初黑洞因轻轴子霍金发射自旋加快后触发的重轴子超辐射不稳定性,分析超辐射与蒸发的耦合动力学,得出质量-自旋分布规律并发现重轴子衰变可产生特征谱线。
2023-06-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Stochastic Axiverse
除了黑洞的超辐射和CMB偏振的旋转等壮观的特征外,弦轴宇宙中出现的大量轴子可能具有潜在的危险意义。一个例子是由错位机制导致的残余轴子和模量的宇宙学过剩,在上述信号可能被观察到的区域中更明显,即对于大的轴子衰变常数。在这项工作中,我们研究的最低要求,以软化这个问题,并表明,基本要求是一个长期的低规模通货膨胀。然而,在这种情况下,如果暴胀的哈勃尺度低于$O(100)$ eV左右,那么早期宇宙中就不会产生残余的DM轴子。某些轴子的宇宙学产生可能会被激活,通过错位机制,如果它们的潜在最小值在暴胀和今天之间发生变化。作为一个特殊的例子,我们详细研究了最大错位机制如何稀释危险的轴子的影响,并允许生产轴子DM在一个受控的方式。在这种情况下,实现该机制的轴子的势在暴胀时期和今天之间移动了一个因子$Δθ=π$,轴子开始从其势的顶部振荡。我们还表明,轴子与质量$m_a\sim O(1-100)\, H_0$实现最大错位机制一般表现为暗能量的衰减常数,可以采取的值远低于普朗克尺度,避免与超普朗克尺度的问题。最后,我们简要地研究了基本的现象学意义的机制和评论的兼容性,这种类型的最大错位的精髓与沼泽地的标准。
2021-09-12 hep-ph hep-th
String Axiverse
弦论认为,许多超轻的轴子可能同时存在,每十年的质量可能达到哈勃尺度10^-33 eV。相反地,存在如此丰富的轴子(一种“轴向体”)将是弦论的证据,因为它是由于额外维流形的拓扑复杂性而产生的,在一个只有我们熟悉的四维的理论中是特别的。我们研究了即将到来的天体物理实验将如何在10^-33 eV到10^-10 eV的巨大质量范围内探索这种轴子的存在。质量在10^-33 eV到10^-28 eV之间的轴子会导致CMB偏振的旋转,这种旋转在整个天空中是恒定的。预测的旋转角为α~1/137量级。质量范围在10^-28 eV到10^-18 eV的轴子会在物质功率谱中产生多个阶跃,这将在即将到来的星系巡天中被探测到。质量范围在10^-22 eV到10^-10 eV的轴子通过彭罗斯超辐射过程影响快速旋转天体物理黑洞的动力学和引力波发射。当轴子康普顿波长是黑洞大小的量级时,轴子在黑洞“核”周围形成“超辐射”原子束缚态。它们的占据数通过从能层提取旋转能量而呈指数增长,最终在旋转的玻色-爱因斯坦轴子凝聚体中发射引力波。这种机制在快速旋转的黑洞的光谱中产生了质量间隙,从而诊断出轴子的存在。X射线双星LMC X-1中快速旋转的黑洞意味着QCD轴子衰变常数的上限f_a<2* 10^17 GeV,远低于普朗克质量。通过观测更小的恒星质量的黑洞,这个范围可以被改进到大统一尺度f_a<2* 10^16 GeV。
2009-10-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Discovering the Axiverse via Fifth Forces
Institute for Particle Physics Phenomenology, Department of Physics, Durham University(杜伦大学粒子物理现象学研究所物理学系)
本文指出第五力搜索不能假设单轴子诱导的非相对论势,并推导了多轴子情形下的自旋相关和自旋无关势,展示了如何利用势的形状区分不同轴子宇宙场景。
2026-06-04 hep-ph
Probing the string axiverse by gravitational waves from Cygnus X-1
在轴宇宙方案中,大质量标量场(弦轴子)通过超辐射不稳定性在旋转黑洞(BH)周围形成云,并发射连续的引力波(GW)。我们研究的弦轴子参数,可以从GW观测的约束。如果在LIGO数据中对天鹅座X-1的GWs进行有针对性的搜索时没有检测到信号,则衰变常数$f_a$必须小于质量范围$1.1\times 10^{-12}\mathrm{eV}<μ<2.5\times 10^{-12}\mathrm{eV}$的GUT标度。还讨论了来自不可见孤立BH的约束。
2015-04-18 gr-qc hep-ph hep-th
Ultra-light Axions: Degeneracies with Massive Neutrinos and Forecasts for Future Cosmological Observations
弦论的一个普遍预言是存在许多轴子场。最近有人认为,许多这些领域应该是轻的,像众所周知的QCD轴子,导致可观察到的宇宙学后果。本文详细研究了所谓的弦轴宇宙对大尺度结构的影响,重点是密度扰动的形态和演化、宇宙微波背景的各向异性以及遥远星系的弱引力透镜。我们量化的具体影响,将出现从存在的轴子字段和突出可能的简并,可能会出现在大规模中微子的存在。我们特别注意理解不同的物理效果和尺度。然后,我们预测弦轴向宇宙可能会受到约束,并表明,与不同的观察相结合,它应该有可能检测到一小部分的超轻轴子的暗物质的百分之几。
2013-02-18 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Detecting the $π$-axiverse through parametric resonance
Brown University(布朗大学);University of the Witwatersrand(威特沃特斯兰德大学);University of Illinois Urbana-Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校);Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences (HIAS-UCAS)(中国科学院大学杭州高等研究院)
本研究针对有别于弦轴子宇宙的$\pi$-轴子宇宙多轴子模型,探究轴子星不稳定性引发的光子参量共振辐射信号,通过数值方法确定MeerKAT等射电望远镜可探测的参数空间,推动多轴子-伸缩子暗物质的间接探测研究。
2025-08-06 hep-ph
Cosmological tests of an axiverse-inspired quintessence field
受到弦轴向宇宙理论的启发,有人认为最近宇宙从减速膨胀到加速膨胀的转变是由一个具有次普朗克衰变常数的类轴子的精粹场驱动的。这种情况要求轴子场相当接近其势能的最大值,但与宇宙加速的其他解释相比,没有那么精细。该模型由轴子衰减常数$f$、轴子质量$m$和接近于$π$的初始失准角$|θ_i|$来参数化。为了确定$m$和$θ_{i}$的值与观测值一致,这些参数被映射到观测值上:哈勃参数$H(z)$和角直径距离$d_{A}(z)$到红移$z= 0.57$,以及宇宙微波背景(CMB)的角声视界。利用BOSS巡天测量的$z\simeq 0.57$重子声振荡(BAO)标度和普朗克测量的CMB温度各向异性,探测了$\left\{m,f,θ_i\right\}$参数空间。对于当前数据,CMB约束是最强大的,只允许参数空间体积的$\sim 0.2$的一小部分。使用SPHEREx或SKA实验进行的BAO尺度测量可以更进一步,从观测上区分除了参数空间体积(简单先验允许)的$\sim 10^{-2}$或$\sim 10^{-5}$之外的所有参数空间体积。
2016-07-01 astro-ph.CO hep-ph
Bayesian inference on Calabi--Yau moduli spaces and the axiverse: experimental data meets string theory
King's College London(伦敦国王学院);Rice University(莱斯大学);Cornell University(康奈尔大学);Imperial College London(帝国理工学院)
本研究通过贝叶斯推断在卡比利亚-尤卡模空间中分析轴子物理,结合实验数据和弦论,探索超轻轴子在暗物质中的作用。
2025-11-28 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Constraints on primordial magnetic fields from CMB distortions in the axiverse
自从PIXIE和PRISM被提出以来,测量宇宙微波背景(CMB)的光谱畸变作为宇宙学背景下高能粒子物理的探测器引起了相当大的关注。在本文中,由于CMB光子和轻轴子类粒子(ALPs)之间的共振转换的CMB失真进行了研究,激发弦轴向的情况下,这表明存在着丰富的轻轴子粒子。由于这些共振转换取决于原始磁场的强度,对CMB畸变的约束可以提供光子-ALP耦合常数g和原始磁场B的共动强度的乘积的上限。PIXIE/PRISM的潜在可行约束可以为ALP质量设定g B < 10^{-16} GeV^{-1} nG的极限,m_e < 10^{-14} eV。虽然这个结果不是对g和B的直接约束,但它明显比当前g和B上限的乘积更严格。
2013-09-01 astro-ph.CO hep-ph
Miniclusters in the Axiverse
如果暗物质是一种类似轴子的粒子,那么现今遗迹丰度的很大一部分可能会集中在紧凑的引力束缚的小星团中。我们研究了与暗物质遗迹密度约束相容的微星系团质量。如果它们是由PQ对称性破缺产生的涨落形成的,那么小星系团的质量可能高达数百个太阳质量,尽管在大多数参数空间中它们要轻得多。这些物体的大小通常在天文单位的几个数量级之内。我们还表明,如果一个轴子从一个隐藏的部门与一阶相变,需要相对较长的时间才能完成质量,可以形成miniclusters。因此,它们可以出现在PQ对称性在暴胀之前被破坏的模型中,与大的轴子衰变常数和弦论UV完成相容。
2017-02-08 hep-ph
The Dark Dimension meets the Axiverse
Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院);CERN(欧洲核子研究组织)
该研究结合暗维与轴子宇宙场景,发现轴子塔可参与暗物质冻入产生,其能量注入的稀释效应能使暗维暗物质避开强宇宙学约束,还开发了评估塔碎裂的连续体方法。
2026-07-31 hep-ph hep-th
String Axiverse Enhancement of Superradiant Dark Matter Production
University of Groningen(格罗宁根大学);Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra(科英布拉大学科学与技术学院);Centro de Física da Universidade de Coimbra(科英布拉大学物理中心);Departamento de Física e Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade do Porto(波尔图大学理学院天体物理学系)
研究弦理论中大量轻轴子通过霍金辐射和超辐射增强原初黑洞产生暗物质的机制,扩展了暗物质以微玻色子星形式存在的参数空间。
2026-07-08 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraining the axiverse with reionization
Shanghai Jiao Tong University(上海交通大学);King’s College London(伦敦国王学院);University of Sheffield(谢菲尔德大学);Harvard University(哈佛大学);Università degli Studi di Salerno(萨莱诺大学);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare(意大利国家核物理研究所)
研究用再电离约束轴子宇宙的问题,通过大量IIB型弦理论模型计算轴子衰变导致的宇宙再电离历史,与观测比较,给出不同\(h^{1,1}\)下倾向低温再加热的模型比例,还提供代码,为相关研究打开大门。
2026-07-20 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational waves from the Axiverse
本研究探讨弦理论中多轴子场景下弦-畴壁网络的形成与稳定性,揭示多瞬子效应导致畴壁衰变及网络湮灭产生具独特频谱的随机引力波背景,为探测弦理论轴子及研究暗物质提供新途径。
2025-02-17 hep-ph
Large-Scale Structure Probes of the Post-Inflationary Axiverse
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY(德国电子同步加速器);Theoretical Physics Department, CERN(欧洲核子研究中心理论物理部);Physik-Institut, Universität Zürich(苏黎世大学物理研究所);Department of Astronomy & Astrophysics, University of Chicago(芝加哥大学天文学与天体物理学系);Kavli Institute for Cosmological Physics(卡弗里宇宙学物理研究所)
研究暴胀后轴子暗物质通过弦-畴壁网络产生等曲率扰动,利用高红移星系紫外光度函数、Lyman-α和CMB数据约束轴子质量,首次给出暴胀后轴子暗物质的主导宇宙学极限。
2026-06-02 astro-ph.CO hep-ph
Evaporating primordial black holes, the string axiverse, and hot dark radiation
我们表明,原始黑洞(PBH)发展不可忽略的自旋通过霍金发射的大量轴子一般存在于弦论紧化。这是因为标量可以在无角动量模式($l=0$)下发射,在这种模式下,没有角动量从BH中移除,因此足够多的标量可以补偿费米子、规范玻色子和引力子发射产生的自旋下降。由此产生的$10^8$ - $10^{12}$ kg PBH的特征自旋分布可能由未来的伽马射线观测站测量,前提是PBH丰度不是太小。这产生了一个独特的探测光标量的总数在基本理论,独立于如何弱,他们与已知的物质相互作用。目前由霍金辐射产生的热的MeV-TeV的轴子的局部能量密度可能超过$ρ_{\rm CMB}$。蒸发对PBH的约束也有所减弱。
2021-10-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Quadratic Axion Couplings in String Theory
University of Manitoba(曼尼托巴大学);University of Winnipeg(温尼伯大学);University of Science and Technology of China(中国科学技术大学)
本文提出弦理论中产生轴子与规范场二次耦合的三类机制,发现该耦合普遍存在且强于QCD轴子的对应耦合,可用于探测弦理论轴子景观。
2026-07-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A Soliton Solution for the Central Dark Masses in 47- Tuc Globular Cluster and Implications for the Axiverse
我们对球状星团47-Tuccino中心恒星的上升自行提供了驻波解释,这些恒星的上升自行相当于总质量的$\simeq 0.44\%$。我们表明,这可以解释为暗物质的光玻色子组成的孤子核心,$ m \geq 10^{-18} eV $,对应于$ \leq 0.27 pc$,作为一个替代方案,一个单一的黑洞(BH)或最近提出的恒星BH残余物的浓度。这一点特别重要,因为在没有重核的情况下,拥有一个具有上述半径的浓缩恒星BH残留物是非常具有挑战性的,因为三个天体的相遇会阻止BH如此浓缩。我们认为这个核心是由这个球状星团在围绕我们银河系的暗晕运行时被深引力势捕获的暗物质发展而来的。这个玻色子可能是第二个轻轴子的证据,除了$10^{-22} eV$的较轻玻色子之外,矮球状星系的大暗核暗示了占主导地位的暗物质。两个这样的轻玻色子质量标度的识别有利于广义弦论预测的一个广泛的,离散的质量谱的轴子标量场。
2020-02-24 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Testing F-theory GUTs with the Axiverse
Harvard University(哈佛大学);CERN(欧洲核子研究中心);Universität Hamburg(汉堡大学)
本文证明F-理论大统一理论中与光子耦合的轴子满足耦合-质量比上限,并指出该上限在有效理论可控区域内排除参数高于QCD轴子带的轴子,使F-理论大统一理论可被证伪。
2026-06-08 hep-ph hep-th
The Spectrum of the Axion Dark Sector, Cosmological Observable and Black Hole Superradiance Constraints
一致的量子引力框架经常预言大量超轻赝标自由度的存在,形成弦轴宇宙的唯象景观。额外维度的紧致流形和真空的复杂性决定了这些场可能具有跨越数十年的宇宙学重要尺度的参数。对双星和超大质量黑洞系统的天体物理观测可以通过超辐射现象排除某些超轻质量玻色子的存在。在这项工作中,它示出了如何使用这些测量来约束多玻色子场论的质量的统计分布的属性,受到轴子场对准模型和M理论中的弦轴向的明确实现的启发。这样的方法可以排除$N_{\rm ax} \geq 30$类轴子场的范围内的质量分布宽度和中心值跨越许多数量级,涵盖了重要的暗扇区和大统一理论的轴子现象。这是证明了在弦论和M-理论,在某些情况下的质量分布采取普遍形式的随机矩阵理论中发现的几个例子的轴子。
2018-11-14 hep-ph hep-th
String Theory and Grand Unification Suggest a Sub-Microelectronvolt QCD Axion
结合弦理论与大统一理论,通过幺正性论证和KS系综紧致化,将QCD轴子质量约束在10^-11至10^-8 eV范围,并指出该范围对暗物质搜索相关,且KS轴子景观最多约47个轴子,未能解释DESI暗能量提示。
2025-05-21 hep-ph hep-th
Global D-brane models with stabilised moduli and light axions
我们回顾最近的尝试,试图结合全球性的弦紧化问题,如模稳定,与当地的问题,如半现实的D-膜的建设。我们列出了遇到的主要问题,并概述了一个可能的解决方案,允许全球一致的嵌入手性模型。我们还认为,这种稳定机制导致一个axiverse。最后,我们说明了我们的一般要求在一个具体的例子中,卡-丘流形明确描述的复曲面几何。
2012-09-17 hep-ph hep-th
The Spectrum of the Axion Dark Sector
轴子出现在粒子物理学的标准模型的许多理论扩展中,特别是“弦轴宇宙”。如果轴子质量$m_a$和(有效)衰变常数$f_a$在特定范围内,那么轴子对宇宙学暗物质和暗能量密度有贡献。我们计算背景宇宙学(准)观测模型与大量的轴子场,$n_{\rm ax}\sim \mathcal{O}(10-100)$,质量和衰变常数从统计分布。这将参数的数量从$2n_{\rm ax}$减少到少量的“超参数”。我们考虑了一些分布,从那些纯粹出于统计考虑,到那些根据一类M-理论模型指定结构的分布。使用贝叶斯方法,我们能够约束分布的超参数。在某些情况下,超参数可能与弦论有关,例如限制轴子与模的数量比,或提供正确的遗物密度所需的典型衰变常数标度。我们的方法结合使用随机矩阵理论和贝叶斯网络。
2017-06-10 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Some Properties of Multi-Component Axion Dark Matter
Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences(中国科学院理论物理研究所);International Centre for Theoretical Physics Asia-Pacific(亚太地区理论物理国际中心)
该研究探讨了多组分轴子暗物质的性质,揭示了轴子混合后不同组分在暗物质预算中的主导作用,并提出了具有分层质量及衰变常数的轴子框架。
2025-12-29 astro-ph.CO hep-ph
Strong bound on canonical ultra-light axion dark matter from the Lyman-alpha forest
我们提出了一个新的超轻轴子(超轻)暗物质质量$m_\text{a}$的界限,使用莱曼α森林寻找抑制宇宙结构的增长:95%的下限$m_\text{a} > 2 \times 10^{-20}\,\text{eV}$。这强烈地反对($> 99.7\%$可信度)$10^{-22}\,\text{eV} < m_\text{a} < 10^{-21}\,\text{eV}$的正则化,其动机是弦轴向和冷暗物质模型中可能的张力的解决方案。我们加强了以前的等效边界约一个数量级。我们证明了我们的研究结果的鲁棒性,使用改进的流体动力学模拟的优化仿真器。
2020-12-24 astro-ph.CO hep-ph
Probing ALPs and the Axiverse with Superconducting Radiofrequency Cavities
具有电磁耦合的类轴子粒子(ALP)长期以来一直被假定为标准模型的扩展。弦论预言了一个由许多轻轴子组成的“轴宇宙”,其中一些可能构成宇宙中的暗物质和/或解决强CP问题。我们提出了一个新的实验,使用超导射频(SRF)腔,这是敏感的光ALP独立的宇宙暗物质密度的贡献。壳外ALP将产生麦克斯韦方程中的立方非线性,使得如果SRF腔以频率$ω_1$和$ω_2$泵浦,则在ALP存在的情况下,将存在具有频率$2ω_1 \pm ω_2$的模式中的功率。我们的设置在精神上类似于光穿透墙壁(LSW)实验,但由于泵浦场本身有效地将ALP转换回单个腔体内的光子,我们的灵敏度随外部场的强度而不同,与OSQAR等实验相比,在利用现有技术的同时,可以实现更高的范围。此外,一个定义明确的增加灵敏度的计划有一个有保证的物理结果:在低于电子质量的能量下首次观察到低能QED的欧拉-海森堡项。我们讨论了如何ALP的贡献可以从QED的贡献,通过一个合适的选择泵模式和腔的几何形状,并得出结论,通过描述我们提出的方案的实验ALP的最终灵敏度。
2019-07-12 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Open String Axiverse
该研究探讨弦紧化中局域化荷场的特性,指出其在四维下可产生微扰精确整体对称性,自发破缺后会生成与暴胀后演化相容的新轴宇宙,拓展了弦理论相关宇宙学研究。
2025-03-20 hep-ph hep-th
Observational Constraints on Axion(s) Dark Energy with a Cosmological Constant
本研究提出含振荡轴子势与宇宙学常数的暗能量模型,经观测数据验证,亚普朗克衰变常数可行,且优于ΛCDM,并抑制星系团计数。
2022-08-02 astro-ph.CO hep-ph hep-th
The Cosmological Dynamics of String Theory Axion Strings
本研究对比弦理论与场论轴子的早期宇宙行为,发现弦理论轴子通常不形成轴子弦,特殊暴胀下形成的弦因张力大易致暗物质过盛被排除,仅轴子多重态场景可兼容观测并产生可探测引力波。
2023-12-13 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Revisiting axion dark matter with nonlinear transitions
本文通过精确研究轴子谱,重新审视了非线性跃迁对轴子暗物质的影响,指出在较小衰变常数参数区域估算丰度需谨慎,并探讨了模量受激衰变产生轴子的情景及相关现象。
2025-09-16 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational probes of ultra-light axions
轴子是一种假设的、动机良好的暗物质粒子,它的存在可以解释强相互作用中没有电荷宇称破坏。除了这个原始动机,质量为$10^{-33}\,{\rm eV}\lesssim m_{\rm a}\lesssim 10^{-10}\,{\rm eV}$的超轻轴子(ULA)的“轴宇宙”也从弦论中出现。根据质量的不同,这种暗能量对暗物质密度有贡献,或者说,表现得像暗能量。在这些质量下,ULAs的经典波状特性在天文学上表现出来,可能会缓解本地群体尺度上$Λ$ CDM范式内的观测紧张局势。ULA还提供小尺度上的特征,如结构抑制、干涉图案和孤子,以将它们与较重的暗物质候选者区分开来。通过它们的引力印记,在目前允许的参数空间中的ULA提供了一系列观测测试,以在未来十年中实现目标,改变了对微波背景各向异性、星系聚类、沿类星体视线中性氢的莱曼- $α$吸收、脉冲星计时和黑洞质谱的标准预测。
2019-04-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
CMB Spectral Distortions from an Axion-Dark Photon-Photon Interaction
本文研究混合轴子-光子-暗光子相互作用$ϕF \ ilde F_D$,证明其在轴子或暗光子构成暗物质时会使CMB光子转入暗扇区并产生光谱畸变,进而给出比传统轴子-光子耦合更强的宽质量范围约束。
2024-03-11 astro-ph.CO hep-ph