Optimizing Light-Shining-through-a-Wall Experiments for Axion and other WISP Searches
寻找与光子相互作用非常弱的新光玻色子的主要工具之一-突出的例子是轴子，轴子状粒子和额外的“隐藏”U（1）规范玻色子-是光透过墙（LSW）实验。随着这些实验的当前一代完成数据采集，是时候计划下一个并寻找最佳设置了。主要挑战是显而易见的：一方面，我们希望提高对较小耦合的灵敏度，另一方面，我们还希望增加实验灵敏的质量范围。我们的主要例子是轴子（类粒子），但我们也讨论了其他WISP（弱相互作用细长粒子），如隐藏的U（1）规范玻色子的影响。为了提高轴子对较小耦合的灵敏度，可以使用多个磁体来增加相互作用区域的长度。然而，天真地付出的代价是质量范围仅限于较小的质量。我们将讨论如何优化磁铁的排列（在磁场方向以及允许之间可能的间隙）来改善这个问题。此外，未来的实验将包括在生产和再生区域的谐振，高品质的光学腔。为了获得必要的高质量的腔，我们需要避免太高的衍射损耗。这导致对激光束的直径的最小要求，并因此对腔的孔径的最小要求。我们调查了目前可用的磁铁和未来的理想功能可以实现什么。
2010-09-24 hep-ph
Bounds on Axions-Like Particles Shining in the Ultra-Violet
利用哈勃太空望远镜紫外档案数据观测矮椭球星系和星系团，对14.4-22.2 eV质量的类轴子粒子（ALPs）进行限制，推导的ALP-光子耦合限制超越先前结果超一个数量级。
2025-05-29 astro-ph.CO hep-ph
Axion-like particles from primordial black holes shining through the Universe
我们考虑一个宇宙学的情况下，非常早期的宇宙经历了一个短暂的时代，由于形成了大量的原始黑洞（PBH）的质量$M \lesssim 10^{9}\,\textrm{g}$，大爆炸核合成之前蒸发的物质统治。在这种情况下，霍金辐射将是一种非热机制，产生类轴子粒子（ALP）的宇宙背景。我们假设这些ALP只与光子耦合的最小场景。在超轻ALP（$m_a \lesssim 10^{-9}\,\textrm{eV}$）的情况下，宇宙磁场可能会触发ALP-光子转换，而对于质量$m_a \gtrsim 10\,\textrm{eV}$，光子对中的自发ALP衰变将是有效的。我们研究了这些机制对宇宙X射线背景的影响，对星系团中X射线光度过剩的影响，以及对宇宙再电离过程的影响。
2021-09-02 astro-ph.CO hep-ph
Shining Light on Dark Energy and Modifications of Gravity
许多关于暗能量和修正引力的理论都产生了标量场，它们与物质的能量动量张量进行了导数耦合。这被称为非形式耦合。我将证明实验室对轴子的搜索非常适合于搜索和约束非形式标量场。
2013-01-08 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
QCD Axion Search with ILC Beam Facility
寻找轴子的最有希望的方法之一是光透壁（LSW）实验。在这项工作中，我们讨论了在ILC实验中进行LSW实验的可能性，在那里产生光子束用于正电子生产。光子束是高能的和强烈的;能量为MeV量级，光子数约为每年$10^{24}$。由于高能量和强度，LSW实验可以揭示以前的地面实验未探索的轴子参数区域。
2022-03-11 hep-ex hep-ph
Light-shining-through-wall cavity setups for probing ALPs
本文探讨了由双射频腔组成的“光穿墙”装置搜寻类轴子的问题，比较了三种涉及腔泵浦模式与外部磁场的装置效率，并分析了灵敏度对腔体相对位置及径长比的依赖性。
2023-05-12 hep-ph
Shining ALP Dark Radiation
弦的情况下，通常不仅预测类轴子粒子（ALP），但也有显着数量的ALP暗辐射起源于暴胀子的衰变或更一般的模量。在本文中，我们研究了这种非热产生的相对论（但大量）ALP光子的衰变。如果ALP具有足够高的能量，对$ΔN_{\rm eff} \gtrsim {\cal O}(0.001)$有贡献，并且具有质量$m_a\gtrsim$ MeV，我们发现，使用X射线和$γ$射线、CMB和BBN的观测，可以探测到非常小的ALP-光子耦合值，对应于弦（甚至普朗克）尺度下这种耦合的起源。
2021-10-07 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Feasibility, engineering aspects and physics reach of microwave cavity experiments searching for hidden photons and axions
利用微波腔，人们可以建立一个共振的“光穿透墙壁”实验，以寻找隐藏的扇形光子和轴子样粒子，在标准模型的许多扩展中预测。在本说明中，我们使用最先进的技术可以达到的灵敏度的可行性研究。
2009-08-07 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Shining light through the Sun
结果表明，太阳可以成为部分透明的高能光子在赝标量的存在。特别是，如果PVLAS结果的轴子解释是正确的，那么高达2%的GeV能量的伽马射线可能会穿过太阳，而对于某些轴子参数，预期会有更强的影响。我们讨论了观察这种效应的可能性。目前的资料仅限于1991年EGRET对3C279的掩星观测，98%C.L.探测到穿过太阳的伽马射线的非零通量还没有定论。由于每年10月都会发生同样的掩星，未来的实验，如GLAST，预计会有更好的灵敏度。
2007-05-19 astro-ph hep-ph
Generation and search of axion-like light particle using intense crystalline field
晶体中的强电场$\sim 10^{10}-10^{11}$ V/cm早已为人们所知，并有着广泛的应用。研究了晶体中类轴子光粒子与光子在强电场中的转换。我们发现类轴子粒子和光子的转换发生在能量大于keV的范围内。我们提出利用强晶场来寻找类轴子光粒子。讨论了利用晶体场进行的太阳轴子搜索实验和各种穿墙实验。由于强烈的结晶场对应于磁场$\sim 10^4-10^5$特斯拉，这些实验是非常有趣的。特别是这些实验可以探测类轴子粒子从eV到keV的质量范围。
2011-07-19 hep-ex hep-ph
Exploring the Role of Axions and Other WISPs in the Dark Universe
轴子和其他极弱相互作用的微小粒子（WISPs）可能在早期宇宙中以非热的方式产生，并作为暗宇宙的组成部分存活下来。我们描述他们的理论动机和他们的现象学。它们与光子的耦合及其质量在参数空间中所跨越的巨大区域可以产生所观测到的冷暗物质丰度。在可预见的未来，一系列广泛的实验--利用微波腔直接搜索暗物质、搜索太阳轴子或WISPs，以及光穿透墙壁搜索--可以探测这个参数空间的大部分。
2012-10-31 hep-ex hep-ph
Millimeter-wave WISP search with coherent Light-Shining-Through-a-Wall towards the STAX project
本文提出利用相干毫米波在光穿墙实验中搜索质量约10^-4至10^-3 eV的暗光子，阐明相干探测优缺点并探讨单光子传感器，为毫米波轴子STAX实验奠定基础。
2023-05-15 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Axion detection through resonant photon-photon collisions
我们调查的前景，一个替代的实验室为基础的搜索耦合的轴子和类轴子粒子的光子。在这里，两束激光的碰撞共振地产生轴子，并且在磁再转换之后检测到信号光子，就像在光穿透墙壁（LSW）实验中一样。传统的搜索，如LSW或异常双折射测量，是最敏感的轴子质量，可以实现实质性的相干性，这通常是远远低于光能。我们发现，使用目前可用的高功率激光设备，可以通过我们的方法实现的界限优于传统的LSW在$0.5-6$ eV之间的轴子质量，设置的光学激光频率和碰撞角。这些界限可以进一步改善，通过相干散射激光子结构，探测轴子光子耦合下降到$g_{aγγ}\sim 10^{-8} {\text{GeV}^{-1}}$，与现有的CAST界限。假设每角步测量一天，可以达到QCD轴子带。
2020-04-07 hep-ex hep-ph
Parametric co-linear axion photon instability
轴子和类轴子粒子一般通过轴子-光子-光子相互作用耦合到QED。这导致了麦克斯韦方程组的修改，在文献中称为轴子电动力学。麦克斯韦方程组的新形式产生了一种新的参数不稳定性，其中强泵浦衰减为散射光波和轴子。这种轴子模式随时间呈指数增长，并导致初始激光束的偏振变化，从而提供用于检测的信号。目前运行的激光系统可以把界限的轴子参数空间，但更长的脉冲是必要的，以达到目前最好的实验室边界的光照射通过墙壁实验。
2022-02-02 hep-ph
Neutron Star Eclipses as Axion Laboratories
Oklahoma State University（俄克拉荷马州立大学）
利用中子星掩食系统中的X射线衰减，研究轴子与光子耦合常数，得出新的约束并展望未来改进前景。
2026-05-09 astro-ph.HE hep-ph
Hidden Photon Dark Matter Interacting via Axion-like Particles
我们研究的情况下，宇宙中的暗物质是由非常轻的隐藏光子下的$Z_{2}$对称变换。与通常的情况相反，动力学混合被对称性所禁止，并且暗光子仅通过充当“信使”的类轴子粒子与标准模型光子相互作用。专注于签名涉及普通光子，我们的调查的现象学包括宇宙学的稳定性，CMB扭曲，天体物理能量损失，光照射通过墙壁实验，太阳镜和太阳X射线观测的限制。
2020-10-29 astro-ph.CO hep-ph
A Bandpass Axion Or: How I Learned To Stop Worrying About Stars And Love The Lab
University of Michigan（密歇根大学）；University of Maryland（马里兰大学）
本文提出一种由非反常PQ对称性产生的轴子-光子耦合具有带通滤波特性，使得高能和低能探测被参数抑制而中能探测不受影响，从而实验室约束成为主导。
2026-05-28 hep-ph
Probing axion-like particles with RF cavities separated by thin barrier
本文提出利用薄壁隔开的两个射频腔在静态磁场中探测类轴子粒子，解析评估了离壳区间的渐近灵敏度，发现足够薄的隔墙能显著提升质量在$10^{-6}~{\ m eV}$至$10^{-4}~{\ m eV}$范围内的纯实验室探测灵敏度。
2025-06-30 hep-ph
Shining Light on Modifications of Gravity
引力的许多修正引入了新的标量自由度，在这样的理论中，物质场通常耦合到一个有效度规，这个有效度规既取决于时空的真实度规，也取决于标量场及其导数。标量场对有效度量的贡献可以分为共形和非形式两类。非形式项引入了标量场和其他物质场的能量动量张量之间的梯度耦合，并且不能被第五种力实验所约束，因为这些项的影响在静态非相对论源周围是微不足道的。利用高精度、低能量的光子实验来寻找共形耦合的标量场（称为类轴子粒子）是众所周知的。在这篇文章中，我们表明，这些实验也限制非正式的标量场理论，是特别重要的，因为约束这些耦合与其他实验室实验的困难。
2012-09-26 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Ultralight Particle Dark Matter
我们回顾了超轻粒子在标准模型之外的弱耦合物理情况，特别是轴子和类轴子粒子（ALP）：（i）强CP问题的轴子解及其在标准模型的合理扩展中的嵌入;（ii）宇宙中冷暗物质由轴子和类轴子粒子组成的可能性;（iii）ALP对TeV光子的宇宙异常透明性的解释;（iv）轴子或ALP对白矮星的异常能量损失的解释。此外，我们提出了一个正在进行的和不久的将来的实验室实验，寻找轴子和ALP：haloscopes，helioscopes，和光照射通过一个墙实验的概述。
2013-10-04 astro-ph.CO hep-ph
Search for axion resonances in vacuum birefringence with three-beam collisions
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿罗森多夫亥姆霍兹中心）；Institut für Theoretische Physik, Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学理论物理研究所）
本文提出利用三束激光碰撞（两束强光叠加）探测X射线双折射中的轴子共振，基于HIBEF参数，该方法在特定参数空间比现有实验更灵敏，并可扫描不同轴子质量。
2023-10-17 hep-ph quant-ph
DFSZ-Type Axions and Where to Find Them
本研究系统计算非最小DFSZ模型的轴子-光子耦合，发现其可扩展参数空间并产生比最小模型大近三个数量级的耦合，同时提出理论先验分布，并讨论畴壁数等选择标准以识别优选模型。
2023-05-15 hep-ex hep-ph
Advancing axion detection: Photon regeneration in high-sensitivity Penning trap experiments
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）；Shenzhen Campus of Sun Yat-sen University（中山大学深圳校区）
研究将光子再生技术与高灵敏度潘宁阱技术结合用于轴子探测，利用潘宁阱优势，通过微波腔共振增强光子再生提高对轴子-光子耦合的灵敏度，给出初步计算的高灵敏度结果。
2026-07-07 hep-ph
PASSAT at Future Neutrino Experiments: Hybrid Beam-Dump-Helioscope Facilities to Probe Light Axion-Like Particles
在实验室中产生的类轴子粒子（axion-like particles，ALP）大致有三种探测途径：通过它们随后衰变为标准模型（Standard Model，SM）粒子，它们与SM粒子的散射，或者它们随后转化为光子。衰减和散射是束流收集器类型实验中最常探索的通道，而转换通常被用于光穿透壁（LSW）实验。一类新的实验，被称为PASSAT（用于细长类轴子粒子探测的粒子加速器太阳镜），已经被提出以一种新的方式利用ALP到光子的转换：ALP在束流收集装置中产生后，在放置在源附近的磁场中变成光子。它已被证明，这种混合光束转储日光镜实验可以探测区域的参数空间，还没有被其他实验室为基础的实验研究，因此提供了补充信息，特别是，他们探测一个根本不同的区域比衰减或LSW实验。我们建议PASSAT在未来的中微子实验中的实施，作为一个例子，沙丘般的实验。我们表明，在计划的沙丘多用途探测器的磁场已经能够探测ALP光子耦合到$g_{aγγ} \sim {\rm few}\times 10^{-5}$ GeV $^{-1}$ ALP群众$m_a \lesssim 10$ eV。CAST或BabyIAXO类磁体的实现将灵敏度提高到$g_{aγγ} \sim 10^{-6}$ GeV $^{-1}$。
2021-09-16 hep-ex hep-ph
Detailed design of a resonantly-enhanced axion-photon regeneration experiment
描述了一个寻找轴子或类轴子粒子的共振增强光子再生实验。这个实验是一个透过墙壁的研究，其中光子穿过强磁场（部分）转换为轴子;轴子可以穿过不透明的墙壁，并在第二个强磁场区域中（部分）转换回光子。通过采用匹配的法布里-珀罗光学腔来增强光子再生，其中一个腔在轴子产生磁体内，第二个腔在光子再生磁体内。与简单的单程光子再生相比，这种技术将产生（F/pi）^2的增益，其中F是每个腔的精细度。这种增益可能高达10^（10），相当于对轴子-光子耦合的灵敏度g_（agg）提高到（F/π）^（1/2）~ 300量级。这一改进将首次使纯实验室实验能够探测轴子-光子耦合，其水平可与恒星演化或太阳轴子搜索的限制相竞争或更高。本报告详细讨论了主动控制两个法布里-珀罗腔和激光频率的方案，并描述了外差信号检测系统，最终限制由散粒噪声。
2009-09-16 hep-ph
Probing keV mass QCD axions with the SACLA X-ray free electron laser
University of Oxford（牛津大学）；STFC Rutherford Appleton Laboratory（STFC卢瑟福阿普尔顿实验室）；RIKEN SPring-8 Center（理化学研究所SPring-8中心）；The University of Tokyo（东京大学）；European XFEL（欧洲X射线自由电子激光装置）；Japan Synchrotron Radiation Research Institute（日本同步辐射研究机构）；Tohoku University（东北大学）；University of Strathclyde（思克莱德大学）
本文利用SACLAX射线自由电子激光探测keV质量的QCD轴子，通过Laue晶体的Bormann效应扩展了轴子-光子耦合常数的限制，并在特定质量范围内提供了最严格的实验室约束。
2026-03-16 astro-ph.IM hep-ex hep-ph
Ghosts in the Wall
我们认为一个轴子样粒子（ALP），这是一个鬼，与错误的符号动力学和质量条款的可能性。这样一个ALP可以作为一个普通粒子的伙伴出现在具有高阶导数二次项的理论中。我们计算的光子再生概率在光照射通过墙壁的实验，并表明，存在这样一个幽灵般的ALP可以导致，在原则上，可辨别的效果。
2020-10-27 hep-ph
New Directions for ALP Searches Combining Nuclear Reactors and Haloscopes
本研究提出结合核反应堆与轴子晕探测器的新型ALP搜寻装置reactoscope，利用反应堆光子经Primakoff过程产生ALP再在强磁场中转化为光子探测，推导了格勒诺布尔等地的实验灵敏度，拓展了现有实验室实验的探测范围且不受天体物理假设约束。
2024-05-23 hep-ex hep-ph
Searching for axions and ALPs from string theory
我们回顾搜索封闭弦轴子和类轴子粒子（ALP）在IIB弦通量紧化。对于背景通量和TeV标度引力子质量的自然值，大体积方案的模稳定化机制预言存在一个中等标度衰变常数的QCD候选轴子，f_a ~ 10^9...... 10^12 GeV，与包含可见扇区的膜包裹的小循环有关，加上与大循环有关的几乎无质量和几乎解耦的ALP。在可见扇形膜包裹超过两个相交圈的最小数目的设置中，有更多的ALP具有与QCD轴子候选者近似相同的衰变常数和与光子的耦合，但它们以指数方式更轻。在不久的将来，有令人兴奋的现象学机会来寻找这些轴子和ALP。对于f_a ~ 10^11. 10^12 GeV，QCD轴子可以成为暗物质的主要部分，并在利用微波腔的天体观测仪中被检测到。对于f_a ~ 10^9. 10^10 GeV，额外的ALP可以解释天体物理学异常，并在下一代的太阳镜和光穿透墙壁实验中寻找。
2012-09-11 hep-ph hep-th
The type IIB string axiverse and its low-energy phenomenology
我们研究了IIB型定向折叠紧化中的闭弦轴子。我们表明，自然值的背景通量的模量稳定机制的大体积的情况下（LVS）产生的axiverse特征的存在下，QCD轴子加上许多轻的轴子状粒子的质量是grammically分级。我们研究了LVS轴宇宙的唯象特征，导出了轴子的质量及其与物质和规范场的耦合。我们还确定何时闭弦轴子可以解决强CP问题，并分析了第一个明确的例子，半现实的模型与稳定的模量和QCD轴子候选人，这是不吃的异常阿贝尔规范玻色子。我们讨论了暴胀方案的选择对LVS轴宇宙的影响，并总结了天体物理学，宇宙学和实验的限制。此外，我们还展示了如何构建模型与额外的轻轴子类粒子，可以解释一些有趣的天体物理异常，并可以在下一代的轴子太阳镜和光照射通过一个墙壁实验中寻找。
2012-09-21 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Axion global fits with Peccei-Quinn symmetry breaking before inflation using GAMBIT
我们提出了宇宙学稳定的类轴子粒子和QCD轴子模型在0.1 neV到10 eV的质量范围内的全球拟合。我们专注于Peccei-Quinn对称性在膨胀结束前被打破的情况，这样轴子场的初始值可以被认为是均匀的，在整个可见宇宙中。我们包括详细的似然函数，从光照射通过墙壁的实验，haloscopes，helioscopes，轴子遗迹密度，水平分支恒星，超新星1987 A，白矮星冷却，和伽马射线观测。我们进行了频率论和贝叶斯分析，包括白矮星冷却。我们探讨了不同模型中存在的微调程度，并确定了QCD轴子模型可以解释宇宙中的暗物质和冷却提示的参数区域，将它们与特定的DFSZ和KSVZ型模型进行比较。我们找到最可信的参数区域，使我们能够设置（先验依赖）的轴子质量的上限和下限。我们的分析还表明，在这种情况下，QCD轴子最有可能构成宇宙中暗物质的一个不可忽略但次主导的组成部分。
2019-10-17 astro-ph.CO hep-ph
Challenges and Opportunities for the Next Generation of Photon Regeneration Experiments
近年来，光子再生实验寻找光子振荡成假设的非常弱相互作用的超轻粒子，如轴子，类轴子和隐藏的扇区粒子的签名，大大提高了它们的灵敏度。激光和探测器技术的重要进展，以及加速器中可用磁铁的回收利用，可能会使灵敏度进一步提高，这样，第一次，激光穿过墙壁实验将探索尚未被天体物理学和宇宙学排除在外的参数空间领域。我们回顾这些挑战和机会，为下一代的实验。
2010-03-11 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Mixed axion/gravitino dark matter from SUSY models with heavy axinos
我们研究了超对称轴子模型中的暗物质产生率，该模型以质量等级m_引力伴子<< m_中性伴子<< m_轴子为代表。在这样的模型中，人们期望暗物质由轴子/引力子混合物组成。在提出这样一个质量层次可能出现的动机，我们研究暗物质生产的SUSY金-Shifman-Vainshtein-Zakharov（KSVZ）模型，SUSY Dine-Fischler-Srednicki-Zhitnitsky（DFSZ）模型和混合模型包含KSVZ和DFSZ的贡献。引力伴子可以通过热或非热的方式从axino、saxion或neutralino衰变中产生。我们得到了由于引力子产生过剩而导致的T_R的上界，包括热过程和非热过程。当T_R接近上界时，则暗物质倾向于引力子主导，但当T_R远低于上界时，则轴子主导更为典型，尽管在许多情况下我们发现了可比较的轴子和引力子的混合物。在这类模型中，我们最终期望检测到遗迹轴子，但没有WIMP信号，尽管超对称性最终应该在对撞机上被发现。
2015-04-17 hep-ph
Search for weakly interacting sub-eV particles with the OSQAR laser-based experiment: results and perspectives
最近的理论和实验研究突出了新的基本粒子物理学的可能性，超越了标准模型，可以通过亚电子伏特的能量实验进行探测。OSQAR光子再生实验在9 T的横向磁场中，在前所未有的$2 \times 14.3$ m长度上，从光学光子到"弱相互作用亚电子伏粒子"（WISP）（如轴子或类轴子粒子（ALP））的量子振荡中寻找"光穿墙"（LSW）。在背景上没有检测到过多的事件。可能的新的轻标量和赝标量粒子的双光子耦合可以被限制在无质量极限中小于$8.0\times10^{-8}$ GeV $^{-1}$。这些结果是非常接近的最严格的实验室限制获得的耦合的ALP两个光子。提出了进一步提高OSQAR实验灵敏度的计划。
2014-10-09 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Searching for Ultralight Dark Matter Conversion in Solar Corona using Low Frequency Array Data
本研究利用LOFAR望远镜观测数据搜寻日冕中超轻暗物质共振转化的单色射电信号，给出暗光子-光子动力学混合耦合及轴子-光子耦合的新上限，其中暗光子耦合约束较此前提升约一个数量级。
2024-01-31 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
A New Constraint for the Coupling of Axion-like particles to Matter via Ultra-Cold Neutron Gravitational Experiments
我们提出了一个新的约束的轴子偶极子偶极耦合在1微米到几毫米的范围内，以前无法用于实验研究。该约束是利用我们最近对地球引力场中子量子态的观测结果得到的。我们利用超冷中子（UCN）在最低的重力状态以上的材料表面的UCN和物质之间的任何额外的相互作用的最终敏感性，如果特征的相互作用范围内提到的域。特别地，我们发现，对于在~1 meV的“有希望”的轴子质量区域中的轴子质量，轴子偶极-偶极耦合常数的上限是（g_p g_s）/（\hbar c）<2 x 10^{-15}。
2006-10-30 hep-ph
SO(10) SUSY GUTs with mainly axion cold dark matter: implications for cosmology and colliders
基于规范群SO（10）的超对称大统一理论具有很高的发展前景。在最简单的模型中，除了规范统一、物质统一和希格斯统一之外，人们还期望t-b-τ汤川耦合统一。汤川统一只发生在非常特殊的GUT尺度边界条件下，导致光谱具有~10 TeV的第一代和第二代标量，TeV尺度的第三代标量和轻gauginos。中性伴子冷暗物质的残余密度被计算为观测值的10^2-10^4倍。如果我们将PQWW解的理论扩展到强CP问题，那么，在测量到的丰度下，暗物质是由轴子和轴子组成的。这样的解决方案解决了几个宇宙学问题。我们预测一个相当轻的胶子，m（胶子）~300-500 GeV，应该可以在Tevatron或即将到来的LHC运行1数据中看到。我们也期望最终从遗迹轴子搜索实验中得到积极的结果。
2010-02-26 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Cosmic Axion Spin Precession Experiment (CASPEr)
我们提出了一个寻找QCD轴子和类轴子粒子（ALP）暗物质的实验。与背景轴子暗物质相互作用的原子核获得随时间变化的CP奇核矩，例如电偶极矩。与核磁共振类似，这些力矩在存在电场的情况下引起材料样品中的核自旋的进动。精确的磁力测量可以用来寻找这种进动。该实验的初始阶段可以覆盖ALP参数空间中超出当前天体物理和实验室限制的许多数量级。利用现有的技术，我们提出的实验方案对QCD轴子质量m_a < 10^-9 eV具有灵敏度，对应于理论上合理的轴子衰变常数f_a > 10^16 GeV。经过进一步的改进，这个实验最终可以覆盖质量m_a < 10^-6 eV的整个范围，这是对腔搜索的补充。
2014-05-29 astro-ph.CO cond-mat.other hep-ex
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
Retuning radio astronomy for axion dark matter with neutron stars
该研究建模中子星磁层中的轴子—光子转换，考虑电荷加速与多重性导致的光谱偏移，证明可通过高频乃至毫米波段信号探测质量约达1 meV的轴子暗物质，并指出SGR 1745--2900是理想观测目标。
2025-02-14 astro-ph.HE hep-ph
(Mainly) axion dark matter
QCD的强CP问题本质上是一个自然性问题：为什么在QCD拉格朗日量中，F \tilde{F}项被高度抑制，而似乎有必要解释为什么有三个而不是四个轻π？最优雅的解决方案假定一个自发破缺的Peccei-Quinn（PQ）对称性，这需要存在轴子场a。轴子场稳定到其势能的最小值，从而消除了进攻项，但产生了物理轴子，其相干振荡可以构成冷暗物质。直到现在，ADMX等实验才开始探索QCD轴子参数空间。由于一种真正的标量粒子--希格斯玻色子--已经被发现，人们可能会期望它的质量停留在轴子尺度f_a~ 10^{11} GeV。希格斯粒子的质量被超对称性优雅地稳定下来：在这种情况下，轴子伴随着它的axino和saxion超伙伴。要求自然也在电弱部门意味着希金森类WIMP，那么我们期待混合轴子WIMP暗物质。最终，我们将期望探测到轴子和WIMP，而轻希格斯玻色子的信号可能会在LHC出现，并且必须在ILC出现。
2015-10-26 astro-ph.CO hep-ph
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
Supersymmetry and Dark Matter post LHC8: why we may expect both axion and WIMP detection
在后LHC 8时代，人们认为超对称模型参数空间的剩余部分在EW扇区（EWFT）中得到了高度微调。我们讨论了如何传统的措施高估超对称理论的EWFT。辐射驱动的自然超对称性（RNS）模型保持了超对称性大统一理论的范式，EWFT较低，约为10%，但其特征是轻希格斯~100-300 GeV，弱相互作用暗物质热丰度不足。对强CP问题实施超对称DFSZ解决方案可以解释小μ参数，但表明暗物质应该主要由轴子和少量类似希格斯诺的WIMP混合组成。虽然RNS可能逃脱LHC 14的搜索，但我们希望最终能直接检测到WIMP和轴子。一台能量为\sqrt{s} ~ 500-600 GeV的e^+e^-对撞机应该能对预言的轻希格斯玻色子进行彻底的搜索。
2013-10-07 astro-ph.CO hep-ph
Any Light Particle Searches with ALPS II: first science results
University of Florida（佛罗里达大学）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；Radboud University（拉德堡德大学）；Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut)（马克斯·普朗克引力物理学研究所（爱因斯坦研究所））；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；Cardiff University（卡迪夫大学）
ALPS II实验首次尝试探测轴子等轻量子粒子，未发现证据，但对双光子耦合强度设定了更严格的限制，并展示了实验的稳定运行和校准能力。
2026-05-15 astro-ph.GA hep-ex hep-ph
On the fermionic couplings of axionic dark matter
本文通过推广Schiff定理，证明轴子时间导数耦合被强烈屏蔽，仅剩轴子诱导的电偶极矩（EDM）可观测，并指出中子与电子EDM可能远超预期，对遗迹轴子高度敏感。
2023-08-29 astro-ph.HE 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
Astrophysical limits on very light axion-like particles from Chandra grating spectroscopy of NGC 1275
轴子/类轴子粒子（ALP）是标准模型的一个很好的扩展，在弦论中是通用的。星系团中团内介质（ICM）的X射线透明度是光ALP（质量为$<10^{-11}\,{\rm eV}$）的有力探测器;当来自嵌入源或背景源的X射线光子通过磁化ICM传播时，它们可能经历能量依赖的量子力学转换为ALP（反之亦然），在X射线光谱上留下扭曲的印记。我们目前的钱德拉数据的活动星系核NGC 1275在英仙座星系团的中心。采用490 ks高能透射光栅（HETG）曝光，我们获得了高质量的1- 9 keV光谱无光子堆积和ICM污染。除了铁谱带的特征，光谱是由一个幂律连续描述，在$<3\%$水平的任何光谱失真。我们计算光子的生存概率作为ALP质量$m_a$和ALP光子耦合常数$g_{aγ}$的ICM磁场模型系综的函数，然后使用NGC 1275光谱约束的$(m_a, g_{aγ})$ -平面。相对于磁场实现，99.7%可信区域将ALP-光子耦合限制为质量为$m_a<1\times 10^{-12}\,{\rm eV}$的$g_{aγ}<6-8\times 10^{-13}\, {\rm GeV}^{-1}$（取决于磁场模型）。这是迄今为止对这些光ALP的$g_{aγ}$最严格的限制，并且已经达到了下一代日光镜和光照射穿透墙壁实验的灵敏度限制。我们强调了这些研究与下一代X射线天文台雅典娜和山猫的潜力，但注意到这些未来的…
2020-12-18 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Mixed axion/neutralino cold dark matter in supersymmetric models
我们考虑超对称（SUSY）模型，其中强CP问题是解决了Peccei-Quinn（PQ）机制与concommitant轴子/axino超多重态。我们研究的R-宇称守恒模型中的中性伴子是最轻的超对称粒子，使中性伴子和轴子的混合物作为冷暗物质。混合轴子/中性伴子CDM方案可以匹配测量的暗物质丰度的超对称模型，通常给出太低的值，通常的热中性伴子丰度，如模型与类维诺或类希格西诺暗物质。通常的热中性伴子丰度可以通过热产生的轴伴子衰变为中性伴子而大大增强，然后在比冻结温度低得多的温度下中性伴子再湮灭。在这种情况下，遗迹密度通常是中性伴子占主导地位的，并且为\sim（f_a/N）/ m_{axino} ^{3/2}。如果轴子衰变发生在中性伴子冻结之前，那么中性伴子的丰度就可以通过遗留轴子来增加，从而与测量的丰度相匹配。后期轴子衰变产生的熵可以减少轴子的丰度，但最终不会减少中性伴子的丰度。在混合轴子/中性伴子CDM模型中，有可能同时探测到作为暗物质遗迹的弱相互作用粒子和轴子。我们还讨论了可能的修改，我们的结果由于生产和衰变的saxion。在附录中，我们提出了哈勃膨胀率和轴子和中性伴子遗迹密度的辐射，物质和衰变粒子占主导地位的宇宙的表达式。
2011-03-28 astro-ph.HE hep-ph
Ultimate precision limit of noise sensing and dark matter search
暗物质的性质是未知的，需要系统的研究。对于轴子暗物质来说，这样的搜索依赖于找到由暗物质和微波晕圈之间的弱耦合产生的微弱随机噪声。我们将此过程建模为一个量子信道，并推导出噪声检测的基本精度极限。基于双模压缩真空的纠缠辅助策略被证明是最优的，而单模压缩真空的最优性被发现仅限于无损情况。我们提出了一个“零”的测量（压缩和光子计数），以实现最佳性能。就扫描速率而言，即使强度为20分贝，单模压缩仍然低于真空极限，这是通过对真空输入进行光子计数实现的;而双模压缩真空提供了超过真空极限的大且接近最佳的优势，因此不再需要更多的奇异量子资源。我们的结果突出了纠缠辅助和微波光子计数在暗物质搜索中的必要性。
2023-03-26 hep-ex hep-ph quant-ph
Axion like particles multi-parameter sensing
Isfahan University of Technology（伊斯法罕理工大学）
该研究借助量子计量技术，利用轴子介导的费米子相互作用，通过多探针检测策略约束类轴子粒子的质量和耦合常数，在特定轴子质量范围可排除低至$10^{-7}$的耦合常数取值。
2026-07-15 astro-ph.CO hep-ph quant-ph
Prospects for Beyond the Standard Model Physics at the Start of the LHC13 era
随着希格斯玻色子的发现和超对称粒子的有力证实，再加上新粒子的不出现，导致了明显的自然性危机。我们认为，危机源于对微调的高估。一个适当的评估自然超对称性导致轻希格斯玻色子与质量mu~ 100-300 GeV，而其他sparticles可能居住在多TeV的范围内，几乎没有成本的自然性。在LHC 13中可能会出现一些特殊的特征，如在胶子对事件中的双轻子质量边和来自维诺对的同号双玻色子。\sqrt{s} >2 μ的ILC将在MSSM中进行自然性的确定性测试。QCD扇区的自然性要求轴子导致混合轴子-WIMP暗物质。电弱自然性与产生μ ~ f_a^2/M_P参数的类DFSZ超对称轴子扇区之间有着深刻的联系。最终，我们期望在吨级DM探测器上探测到类似希格斯诺的WIMP，并在ADMX上探测到DFSZ型轴子。
2015-11-16 hep-ph
WISPy Cold Dark Matter
极弱相互作用细粒子（英语：Very weakly interacting slim particles，WISPs），例如类轴子粒子（英语：Axion-like particles，ALP）或隐藏光子（英语：Hidden photons，HP），可能是在早期宇宙中通过未对准机制非热产生的，并作为冷的暗物质群体存活到今天。我们发现，无论是ALP和HP的主要相互作用与标准模型产生的耦合到光子，一个巨大的区域在参数空间跨越光子耦合和ALP或HP质量可以引起所观察到的冷暗物质。值得注意的是，这个参数空间的一个大区域与基础物理学中动机良好的模型所预测的相吻合。在可预见的未来，利用Haloscopes（利用微波腔直接搜索暗物质）、Helioscopes（搜索太阳ALP或HP）或光穿透墙技术等广泛的实验搜索可以探测这一参数空间的大部分。
2012-06-14 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Higgs-dilaton model revisited: can dilaton act as QCD axion?
本文重新审视 Higgs-dilaton 模型，探讨 dilaton 作为 QCD 轴子解决强 CP 问题，并证明其可在低尺度暴胀后形成暗物质，构建了与 CMB 数据兼容的 Higgs 驱动暴胀模型。
2023-02-15 gr-qc hep-ph hep-th
