Thermal inflation, baryogenesis and axions
在以前的论文中，我们提出了一个简单的扩展的最小超对称标准模型，从而产生了热膨胀和重子生成在一个自然的和显着一致的方式。在本文中，我们考虑我们的模型的$λ_ϕ= 0$特殊情况下，这是最小的方式，将一个Peccei-Quinn对称。轴子/平子成为最轻的超对称粒子，具有$m_\axino \sim 1$到$10 \GeV$，并且通常在平子衰变期间过度产生。有趣的是，对于$m_\axino \sim 1 \GeV$、$f_a \sim 10^{11}$到$10^{12} \GeV$和$|μ| \sim 400 \GeV$到$2 \TeV$，暗物质丰度最小化，其丰度与观测到的丰度一致，并且具有大量的轴子和轴子。因此，对于这些值，重子丰度自然与观测到的丰度相匹配。
2008-11-04 hep-ph
750 GeV diphoton resonance in a visible heavy QCD axion model
本文根据最近ATLAS和CMS实验对$750$ GeV双光子共振的报道，重新讨论了一个可见重QCD轴子模型。在这个模型中，轴子在标准模型的镜像复制扇区的帮助下变得沉重，而成功的Peccei-Quinn机制保持不变。我们确定的$750$ GeV共振的标量玻色子与Peccei-Quinn对称性的自发破缺，主要衰减成一对的轴子。我们发现轴子与$η$和$η'$之间的混合在其衰变和由此产生的双光子分支比中起着重要的作用。当轴子的衰变常数为$f_a \simeq 1$ TeV时，轴子的衰变长度可以用来解释双轴子产生的双光子过剩.我们还发现，我们的模型允许多组额外的费米子，而不会导致畴壁问题，这是有利于解释双光子信号。
2016-07-24 hep-ex hep-ph
Searching for axion-like particles at future electron-positron colliders
我们调查的前景发现类轴子粒子（ALPs）通过光的光（LBL）散射在两个对撞机，未来的圆形对撞机（FCC-ee）和圆形电子-正电子对撞机（CEPC）。获得了对ALP-光子有效耦合$g_{aγγ}$的有希望的灵敏度。计算结果表明，FCC-ee和CEPC对质量为2 GeV、$\sim$ 10 GeV的ALP的灵敏度可能高于LHC和CLIC。
2021-10-16 hep-ph
Advancing the phenomenology of GeV-scale axion-like particles
Theoretical Physics Department, CERN（欧洲核子研究中心理论物理部）；Taras Shevchenko National University of Kyiv（基辅塔拉斯舍甫琴科国立大学）
本文提出了一种新的框架，以chiral旋转不变的方式处理GeV尺度轴子类粒子的相互作用，并考虑其与更重激发态的混合，从而改进了相关实验的预测和解释。
2026-02-03 hep-ph
Bounds on axion-like particles from fully merged photons at the LHC
Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
研究在0.1 GeV < m_a < 6 GeV质量范围，利用大型强子对撞机中高能量aγ产生，通过将ALP衰变的两个光子准直重建为单个光子，得出对类轴子粒子与光子耦合的最强限制。
2026-07-15 hep-ph
Probing MeV to 90 GeV axion-like particles with LEP and LHC
类轴子粒子（ALP），相对较轻的（伪）标量耦合到两个规范玻色子，是标准模型的许多扩展的共同特征。到目前为止，在MeV到10 GeV范围内对这种粒子的灵敏度存在差距。在本说明中，我们表明，LEP数据$Z\toγγ$衰变提供了显着的限制，在这个范围内（实际上高达$Z$ -质量）。我们还讨论了LHC和未来对撞机的敏感性。特别是LHC在用$m_{3γ}\approx m_{Z}$在$pp \to 3 γ$沟道中搜索具有$4 \lesssim m_a \lesssim 60$ GeV的赝标时显示出有希望的灵敏度。
2015-09-01 hep-ex hep-ph
The abundance of relativistic axions in a flaton model of Peccei-Quinn symmetry
Peccei-Quinn对称性的Flaton模型具有良好的粒子物理学动机，并且可能导致热膨胀，从而导致定义明确的宇宙学。它们可以解决$μ$问题，并产生可行的中微子质量。正则平子模型预言轴子衰变常数F_a为10^{10} GeV量级，而一般平子模型给出的F_a为10^9 GeV量级，这与观测结果相符。轴子在所有情况下都是冷暗物质的一个很好的候选者，因为当F_a大于10^{12} GeV时，它的密度会被平子衰变所稀释。除了暗物质轴子之外，平子衰变还产生了相对论性轴子，在核合成时，这相当于一定数量的额外中微子种类δN_v。集中在正则模型，包含三个平子粒子和两个平子，我们评估所有的平子-平子-轴子相互作用和相应的轴子衰变率。它们与占主导地位的强子衰变率进行了比较，DFSZ和KSVZ模型。这些公式为精确计算等效δN_v的参数（质量和耦合）提供了基础。KSVZ情形可能已经被现有的界δN_v \lsim 1排除了。DFSZ情况在参数空间的重要区域中是允许的，并且将为任何未来的非零$δN_ν$检测提供可能的解释。
2000-08-14 hep-ph
Remote sensing of backward reflection from stimulated axion decay
本研究提出利用相干光子场中冷暗物质诱导衰变的后向反射遥感探测方法，结合地球引力透镜效应，给出受激反射公式与本地、远程实验灵敏度，可探测eV能标轴子的光子耦合至对应量级。
2024-08-20 hep-ph
Axionic Co-genesis of Baryon, Dark Matter and Dark Radiation
我们认为，由失调机制激发的轴子场的相干振荡和由轴子衰变引起的非热稀薄生成可以很好地解释观测到的暗物质丰度和重子不对称性，从而为解决重子-暗物质符合问题提供了一个解决方案.成功的轴子共生需要O（10^{6-7}）GeV的超对称破缺标度，这与最近发现的质量约为126 GeV的标准模型希格斯玻色子玻色子相一致。虽然萨克逊粒子一般衰变为一对轴子，但它们的丰度敏感地取决于萨克逊粒子稳定机制以及与希格斯场的耦合。我们讨论了各种使介子主要衰变为右旋中微子而不是轴子的方法，并证明了轴子暗辐射的丰度可以自然地小到Δ N_{\rm eff} \lesssim { \cal O}（0.1），这是普朗克数据所允许的.
2013-05-01 hep-ph
Probing the Axion--Photon--Dark Photon Interaction with LHC Mono-Photons and Fermi-LAT Gamma-Ray Lines
National Taiwan Normal University（台湾师范大学）；Sichuan University（四川大学）；National Center for Theoretical Sciences, National Taiwan University（台湾大学理论科学中心）；Phenikaa Institute for Advanced Study, Phenikaa University（菲尼亚卡大学先进研究院）
该研究结合LHC单光子数据与费米-LAT伽马射线线搜寻，探测轴子-光子-暗光子相互作用，得到相关耦合常数排除限，发现HL-LHC可进一步提升灵敏度，且联合约束可排除对应基准范围内的热 relic 轴子。
2026-10-16 hep-ph
Mixed axion/neutralino dark matter in the SUSY DFSZ axion model
我们研究混合轴子/中性伴子冷暗物质生产的超对称性DFSZ轴子模型的轴子超场耦合到希格斯超场。我们计算了各种各样的axino和saxion衰变模式，以及它们的衰变温度，热和非热生产率。对于具有类希格斯诺暗物质（DM）标准丰度不足（SUA）的SUSY基准模型，我们发现当PQ标度fa < 10^{12} GeV时，DM丰度主要由轴子组成，因为在标准中性伴子冻结之前发生了saxion/axino衰变，因此其丰度仍然被抑制。当能量为10^{12}<~ f_a<~ 10^{14} GeV时，在中性伴子冻结后才发生氙子/轴伴子衰变，因此中性伴子的丰度因衰变产生和随后的再湮灭而增加。当f_a>~ 10^{14} GeV时，中性伴子暗物质和暗辐射都产生过剩.对于明智的参数选择，这些可以被抑制和合并的中性伴子/轴子丰度带来符合测量值。一个具有双DM标准过剩丰度（SOA）的超对称基准模型也被检验，但由于f_a<~ 10^{15} GeV的中性伴子DM丰度太大，通常仍被排除在外。在fa>~ 10^{15} GeV和更低质量的saxion时，saxion衰变产生的大熵可以稀释所有的遗迹，SOA模型在所有约束条件下都是成立的。
2015-03-13 astro-ph.CO hep-ph
Mixed Wino-Axion Dark Matter in String/M Theory and the 130 GeV Gamma-line "Signal"
具有低能超对称性的弦/M理论紧化倾向于预测暗物质有两个组成部分：轴子和WIMP \cite{1004.5138,1204.2795}。在符合这一点，我们表明，暂定130 GeV的伽玛线信号报告\cite{1204.2797}可以解释为所产生的湮灭145 GeV的质量，Wino类WIMP到Z玻色子和光子。在这种情况下，信号意味着暗物质的第二个组成部分，我们解释为由轴子组成-相对Wino/Axion丰度近似相等。进一步的预测是隐含的：在这两个扩散和单色光子从矮球状星系的信号;单色光子能量为145 GeV;对于大型强子对撞机，希格斯玻色子的质量已经预测在这个框架\cite{1112.1059}，和目前的希格斯极限提供有趣的约束质量的Gluino。
2012-05-25 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Implication of the hidden sub-GeV bosons for the $(g-2)_μ$, $^8$Be-$^4$He anomaly, proton charge radius, EDM of fermions and dark axion portal
讨论了与核子和轻子耦合的隐标量粒子（$S$）、赝标量粒子（$P$）、矢量粒子（$V$）和轴矢量粒子（$A$）的新物理现象，它们对质子电荷半径、$(g-2)_μ$、$^8$ Be- $^4$ He反常和标准模型粒子电偶极矩（EDM）的贡献.特别是，我们估计的灵敏度NA 64 PDMATHAMT实验观察μ子丢失的能量事件涉及隐藏的标量和矢量粒子。该分析是基于{ \tt GEANT 4}蒙特卡罗模拟的信号过程的μ子散射的目标核$μN \to μN S(V)$，随后是不可见的玻色子衰变到暗物质（DM）粒子，$S(V)\to χχ$。轻亚GeV玻色子的存在可能解释观测到的μ子$(g-2)$异常。总结了原子$X17(J^P=0^-, 1^\pm)$玻色子与中子、质子和电子耦合的现有约束条件，并利用这些约束条件，通过Sachs形状因子的直接单圈计算，估算了$P$、$V$和$A$粒子对质子电荷半径的贡献.分析表明，相应的贡献可以忽略不计。我们还计算了五维算子的暗轴子门耦合的边界，这有助于轻子和中子的EDM。
2020-11-23 hep-ph
On the validity of the perturbative description of axions during inflation
轴子在大膨胀场模型的许多实现中以及最近在小场模型中产生原始张量模式的替代机制中发挥着核心作用。如果这些轴子耦合到规范场，耦合会产生一个快子不稳定性，导致规范场的指数增强，这反过来又会衰减成可观测的标量或张量曲率扰动。因此，一个完全自洽的治疗过程中的轴子膨胀是很重要的，在这项工作中，我们讨论了耦合到规范场的轴子的微扰约束。我们展示了最近通过这些替代机制产生张量模式的提议如何与in-in形式主义中的微扰理论发生冲突。有趣的是，我们指出，约束参数弱于一个将估计的基础上朴素的功率计数的传播的规范场。在非阿贝尔规范场的情况下，我们推导出新的约束的规范耦合的大小，这也适用于某些模型的自然大的字段膨胀，如对齐机制。
2016-10-13 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Revisiting the stochastic QCD axion window: departure from equilibrium during inflation
本文重新审视QCD轴子作为暗物质的随机窗口，发现轴子在暴胀期间偏离平衡分布，从而修正了可行的参数范围。
2024-05-24 astro-ph.CO hep-ph
Dynamical Axion Misalignment from the Witten Effect
本文提出利用隐藏区磁单极子的Witten效应在早期赋予QCD轴子大质量，通过早期振荡弛豫错位角并降低丰度，使大衰变常数轴子暗物质避免宇宙过闭合。
2024-10-28 hep-ph
Axion Models with High-Scale Supersymmetry Breaking
受弦景观中高尺度超对称破缺的可能性的启发，我们提出了一个近似普适中尺度（$\sim 10^{11}$ GeV）超对称破缺的超对称KSVZ轴子模型.为了保护整体Peccei-Quinn（PQ）对称性不受量子引力破坏，我们考虑了规范离散$Z_N$ PQ对称性.在我们的模型中，轴子可以是冷暗物质的候选者，并且中间超对称性破缺尺度与PQ对称性破缺尺度直接相关。在大约$2.7\times 10^{16}$ GeV处可以实现规范耦合统一。希格斯粒子的质量范围是130 GeV到160 GeV。我们简要地讨论了其他轴子模型与高尺度超对称性破缺的稳定性的轴子解决方案是类似的。
2004-10-26 hep-ph hep-th
Searching for axion-like particles with proton tagging at the LHC
类轴子粒子（axion-like particle，ALP）的存在会引起光的反常光的散射。这个过程可以在大型强子对撞机上探测，在质子-质子碰撞中，通过使用前向质子探测器标记幸存的质子来独家产生光子对。使用一个详细的模拟，我们估计预期的ALP-光子耦合的范围很广的质量。我们表明，建议的搜索是竞争力和互补的质量超过600 GeV的其他对撞机的界限，特别是共振ALP生产之间的600 GeV和2 TeV。我们的结果也是有效的CP偶标量，和搜索的效率是独立的ALP的宽度。
2018-03-28 hep-ph
Fermi Gamma Ray Line at 130 GeV from Axion-Mediated Dark Matter
我们把具有Peccei-Quinn（PQ）对称性的单重Dirac费米子看作暗物质。引入单重态复标量，通过Higgs门相互作用和电弱PQ异常，在暗物质和SM之间起中介作用。我们发现，一个共振湮灭的暗物质与轴子调解可以解释的单色光子线的费米LAT数据在130 GeV的异常相互作用，而湮灭截面与希格斯门相互作用的p波抑制。我们讨论了费米子暗物质的直接探测和希格斯标量的对撞机搜索之间的相互作用。我们还提出了一个紫外线完成的暗物质模型到NMSSM与PQ对称性。
2012-09-19 astro-ph.CO hep-ph
Dark photons and axion-like particles at the Electron-Ion Collider in China
本研究分析拟建的中国电子离子对撞机（EicC）对暗光子和类轴子粒子（ALPs）的探测灵敏度，指出其可通过位移顶点等搜索覆盖未探索参数空间，且ALPs探测灵敏度超现有约束，为新物理研究提供新机遇。
2024-12-09 hep-ph
Diphotons at the $Z$-pole in Models of the 750 GeV Resonance Decaying to Axion-Like Particles
750 GeV的共振（$S$）衰变为两个轻的轴子状粒子（ALPs $a$），这反过来又衰变为准直光子模仿观察到的信号的模型，是由隐谷的情况下，也可以提供一个机制，$S \to γγ$信号持续，而$S \to Z γ,\; ZZ$和$WW$保持在不久的将来抑制。我们指出，这些隐藏的山谷一样的模型调用$S \to aa \to 4 γ$还必须与$Z \to a (\to γγ) γ$来自CDF和ATLAS的约束。在一个有效的场论框架内，我们工作的约束$S$的耦合$a$和规范玻色子来自光子$Z$衰变，并确保ALP衰变内的电磁量能器，在两个制度-$a$衰变主要是光子，和$a$也有强子分支。当$S$具有大的以及窄的宽度时，以及对于来自$S \to γγ$和$a \to γγ$的信号的不同相对贡献，进行分析。结果的$S$和$a$属于同一个复杂的领域的特定情况下，也提出。在这类模型中，预期来自$Z \to a γ$的$Z$极点处的$γγ$共振。以基准ALP质量低于约0.4 GeV，并假设合理的假喷流率和识别效率的光子喷流的值，我们发现在$Z$极发现双光子的前景。
2016-06-21 hep-ph
Recent searches for solar axions and large extra dimensions
我们分析了最近的两个实验，旨在寻找太阳轴子的卡鲁扎-克莱因型的多维理论的背景下的数据。在这些实验中，轴子被认为是从太阳核心发射的，在57 Fe和7 Li的第一激发态和基态之间的M1跃迁中。由于轴子Kaluza-Klein态的多重数与普通QCD轴子的强度耦合，我们得到了四维Peccei-Quinn破缺标度f_{PQ}比太阳QCD轴子极限更严格的实验极限.具体来说，对于57 Fe实验，在具有两个额外维度和100 TeV量级的高维引力标度M_H的理论中，f_{PQ} >1x10^6 GeV，而在具有三个额外维度和1 TeV量级的M_H的理论中，f_{PQ} >1x10^6 GeV（与QCD轴子极限f_{PQ} >8x10^3 GeV相比）。对于7 Li实验，f_{PQ} >1.4x10^5 GeV和3.4x10^5 GeV（与QCD轴子极限相比，f_{PQ} >1.9x10^2 GeV）。这是一个有趣的特点，我们的结果，在大多数情况下，所获得的限制f_{PQ}不能耦合的质量的轴子，这基本上是由（共同）半径的额外的维度。
2002-03-14 astro-ph hep-ph nucl-ex
Maximal axion misalignment from a minimal model
量子色动力学轴子是暗物质的最佳候选者之一。众所周知，错位机制产生大量的QCD轴子与暗物质一致，轴子衰减常数为$10^{12}$ GeV。对于一个较小的衰变常数，在暴胀期间Peccei-Quinn对称性被破坏的QCD轴子，只占暗物质的一小部分，除非轴子场开始振荡非常接近其势能的顶部，在一个被称为“大错位”的场景中。在这种情况下，具有小轴子衰变常数的QCD轴子暗物质部分由非常致密的结构组成。我们提出了一个简单的动力学模型实现大错位机制。在暴胀过程中，轴子经典地将其势能滚到最小值。在暴胀之后，宇宙重新加热到高温，模（实标量场）动态地改变其最小值的符号，这改变了在QCD下带电的矢量类费米子的质量的符号。结果，在暴胀过程中，轴子势能的最小值变成了宇宙通过QCD相变冷却后的最大值，轴子开始振荡。在这个模型中，我们可以产生衰变常数低至$6\times 10^9\,{\rm GeV}$和轴子质量高达1 meV的QCD轴子暗物质。我们还总结了这种机制的现象学意义的暗物质实验和对撞机。
2020-10-30 hep-ph
Discovering Axion-Like Particles with Photon Fusion at the ILC
对耦合到电弱玻色子的类轴子粒子（ALP）的实验搜索跨越了广泛的ALP质量范围，从MeV的束流收集实验搜索到TeV的LHC搜索。在这里，我们研究了一个有趣的参数空间范围内的ALP夫妇只超荷。在GeV到数百GeV的质量范围内，ALP通过光散射对光的贡献可以是显著的。通过简单的运动学切割，我们表明，在$\sqrt{s} = 250\,\rm{GeV}$或$\sqrt{s} = 500\,\rm{GeV}$运行的ILC可以发现ALP在这个范围内的质量与显着较小的耦合到SM比以前的实验，下降到$g_{aBB} = 10^{-3}\,\rm{TeV}^{-1}$。
2021-08-26 hep-ex hep-ph
Mixed Axion/Axino Dark Matter in mSUGRA and Yukawa-unified SUSY
在最小超引力（mSUGRA）和汤川统一超对称大统一理论（SUSY GUT）模型中研究了轴子/轴子暗物质（DM），得到了令人惊讶的结果.对于这种类型的情景，遗迹DM丰度有三个组成部分：{ \it i}。）冷轴子，{ \it ii.}}）来自中性伴子衰变的暖轴伴子，以及{ \it iii.}）冷或热产生的轴突。需要超过$10^6$ GeV的再加热温度$T_R$，以解决引力子/大爆炸核合成（BBN）问题，同时还允许通过非热稀薄发生的重子发生。为了获得足够高的再热温度，我们还需要$10^{11}$ - $10^{12}$ GeV量级的高Peccei-Quinn（PQ）破缺标度$f_a$值。
2009-10-15 hep-ph
Cornering MeV-GeV Axions and Dark Photons with LDMX
SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福直线加速器中心）；Department of Physics, Stanford University（斯坦福大学物理系）；Leinweber Institute for Theoretical Physics（莱因韦伯理论物理研究所）
LDMX通过清洁环境和近靶跟踪能力，能够探测MeV-GeV范围的轴子和暗光子，填补低质量盲区。
2026-04-15 hep-ex hep-ph hep-th
SaxiGUTs and their Predictions
我们介绍了一类统一的超对称轴子理论，统一和PQ对称性打破了同一套领域的规模$\sim 2\times 10^{16}$ GeV。一个典型的30阶畴壁数导致一个$10^{15}$ GeV阶的轴子衰减常数$f_a$。暴胀产生了一个大的saxion凝聚，给出了低于$1-10$ TeV阶超对称破缺的QCD标度的再热温度$T_R$。轴子场振荡开始于QCD尺度附近的轴子物质占主导地位的时代，最近的晶格计算的温度依赖性的轴子质量在这个时代允许一个受控的计算的轴子暗物质丰度。一个成功的预测，这丰富的结果为一个初始的轴子失准角的顺序单位，$θ_i \sim 1$。一个高度相关的一套预测讨论$f_a$，$T_R$，超对称希格斯质量参数$μ$，暗辐射$ΔN_{eff}$量，质子衰变率$Γ(p \rightarrow e^+ π^0)$，等曲率密度扰动和宇宙微波背景的$B$模式。当暴胀的能量标度也是$10^{16}$ GeV量级时，后两个特别有趣。
2016-10-11 hep-ph
Impact of First-order Electroweak Phase Transition on QCD Axion
本研究提出“递归失准”机制，通过引入轴子在一阶电弱相变期间的新振荡相位，无需微调初始失准角即可将满足正确遗迹丰度的QCD轴子衰变常数范围扩展至$[10^8,10^{14}$]GeV，扩大了探测空间并提供引力波探测探针。
2025-07-07 hep-ph
QCD Axion Dark Matter with a Small Decay Constant
QCD轴子是一个很好的暗物质候选者。观测到的暗物质丰度可能是由未对准或缺陷机制引起的，这通常需要一个轴子衰变常数$f_a \sim \mathcal{O}(10^{11})$ GeV（或更高）。我们介绍了一个新的宇宙学起源的轴子暗物质，参数共振的Peccei-Quinn对称性破缺场的振荡，这需要$f_a \sim (10^8 -10^{11})$ GeV。在大尺度结构中，轴子的温度可能足以偏离冷的暗物质。
2018-07-26 astro-ph.CO hep-ph
R-Parity Violation Axiogenesis
我们证明了在超对称$R$ -宇称破坏耦合的$B-L$破坏的辅助下，QCD轴子场的旋转可以产生所观测到的重子丰度。强的sphaleron过程将轴子场的角动量转换成夸克手征不对称，而$R$ -宇称违反耦合将其转换成宇宙的重子不对称。我们专注于无量纲的情况下，$R$奇偶违反耦合与纹理的大统一理论和评论更一般的情况。超对称粒子的轴子衰变常数和质量谱受到大爆炸核合成、质子衰变的$R$ -宇称破坏和Peccei-Quinn对称性破缺场的成功热化的约束。轴子暗物质可能是由轴子旋转产生的，对于$10^{10}$ GeV以下的轴子衰减常数，通过动力学失准机制，或通过传统的失准机制，对于$10^{11-12}$ GeV。可行的参数区域可以通过质子衰变和轴子搜索来探测。这种情况也可能与对撞机实验有关，包括寻找长寿粒子和观测引力波。
2021-10-11 hep-ph
Revisiting isocurvature bounds in models unifying the axion with the inflaton
在膨胀之前或膨胀期间发生Peccei-Quinn对称性自发破缺的轴子场景，以及轴子暗物质产生于未对准机制的轴子场景，可以受到宇宙微波背景等曲率边界的约束。暗物质等曲率被认为是抑制模型与轴子暴胀子相互作用，其中轴子扰动被假定为冻结在视界交叉暴胀期间。然而，由于相互作用本身，这种假设可能过于简单化。特别是，在再加热过程中的非微扰效应可能会导致轴子微扰的急剧增长。我们在两个模型中进行晶格计算，其中Peccei-Quinn场参与通货膨胀。我们发现，轴子扰动的增长是这样的，Peccei-Quinn对称性恢复的轴子衰变常数$f_A\lesssim10^{16}$ - $10^{17}$ GeV，导致过度丰富的暗物质，除非$f_A \lesssim 2 \times 10^{11}$ GeV。对于$f_A\gtrsim10^{16}$ - $10^{17}$ GeV，我们仍然发现一个大的增长在低动量的轴子扰动，这样一个天真的外推到CMB尺度表明违反等曲率界限。
2021-04-28 astro-ph.CO hep-ph
Can Strong QCD in the Early Universe Raise the Axion Decay Constant?
我们报告的假设，轴子衰变常数的上限可以移动到$10^{12}$ GeV以上的模型在早期宇宙中具有较强的QCD是没有实现的。通过研究对偶模型中的超势，并在原有的整体对称性下得到轴子势的形式，这一证明是可能的。
1996-10-07 hep-ph
Supernova 1987A Constraints on Sub-GeV Dark Sectors, Millicharged Particles, the QCD Axion, and an Axion-like Particle
我们考虑了超新星1987 A对小耦合粒子的约束，这些小耦合粒子与标准模型的耦合。我们讨论了一个模型与费米子耦合到一个暗光子，在暗扇区的各种质量关系;毫荷电粒子;暗扇区费米子与非弹性跃迁;强子QCD轴子;和一个类轴子粒子耦合到标准模型费米子与他们的质量成正比的耦合。在费米子的情况下，我们开发了一个新的诊断评估时，这样的粒子被困在大混合角。我们的费米子耦合到暗光子的边界限制了小的耦合和质量<200 MeV，并且对于低费米子质量不去耦。它们排除了不受现有基于加速器和直接检测搜索约束的参数空间。此外，我们的边界是补充建议的实验室搜索亚GeV的暗物质，不约束几个“热”基准模型的目标。对于一个带毫电荷的粒子，我们排除了以电子电荷为单位的10^（-9）到几倍10^（-6）之间的电荷;这排除了比以前的边界更高的毫电荷和质量的参数空间。对于QCD轴子和轴子类粒子，我们应用几个更新的核物理计算，并包括能量依赖的光学深度，以准确地占在大耦合的能量损失。我们排除了质量在0.1到几百eV之间的强子轴子，或者等价地将PQ标度限制在10^4到10^8 GeV的几倍之间，关闭了强子轴子窗口。对于类轴子粒子，我们的边界不利于衰变常数在10^5 GeV的几倍到10^8 GeV的几倍之间。在所有情况下，我们的边界不同于以前的工作超过一个数量级的整个参数空间。我们还提供了估计的系统误差，由于祖的不确定性。
2018-09-17 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
A QCD Axion from Higher Dimensional Gauge Field
我们指出，在五维轨道场论中，奇宇称规范场C_M可以自然地产生一个解决强CP问题的QCD轴子。QCD反常所需的轴子耦合来自于5D Chern-Simons耦合，而所有其他不需要的U（1）_{PQ}破缺轴子耦合都可以通过CM的5D规范对称性和5D定域性自然地避免。如果第五维发生翘曲，则与普朗克尺度相比，产生的轴子尺度会被较小的翘曲因子抑制，从而模型可以自然产生中间轴子尺度f_a=10^{10} - 10^{12}GeV。
2003-08-04 hep-ph
Isocurvature bounds on axions revisited
轴子是粒子暗物质的最佳候选者之一。我们研究和更新的约束所施加的最近的CMB和LSS实验的质量的轴子产生的错位机制，作为一个函数的膨胀尺度和再加热温度。在某些特殊的假设下，虽然不是非常规的，轴场诱导太大的等曲率扰动。具体来说，对于在中等能量尺度下发生的暴胀，我们推导出了一些限制性的极限，这些极限只能通过假设有效的再加热机制来规避，T>10^{11} GeV。具有二次势的混沌暴胀仍然与轴子方案相容，只要Peccei-Quinn标度f_a接近10^{10}或10^{11} GeV。等曲率边界消除了较大的f_a和较小的失准角的可能性。我们发现，当膨胀的尺度超过10^{12} GeV时，必须考虑轴子场景的等曲率约束;低于这个尺度，轴子等曲率模式太小，无法通过当前的观测进行探测。
2007-04-23 astro-ph hep-ph
Cosmological Problems of the String Axion Alleviated by High Scale SUSY of $m_{3/2}$ $\simeq$ 10-100 TeV
弦轴子可能是QCD中强CP问题最有吸引力的解。然而，由于在$10^{16}$ GeV附近有很大的衰变常数，轴子能量密度很容易超过现在宇宙中的暗物质密度，除非轴子场的初始值被微调。我们表明，这个问题得到缓解，当且仅当超对称粒子的质量尺度是10-100 TeV，因为saxion的衰变可以产生足够大的熵后，QCD相变，不干扰BBN预测。saxion衰变也产生了大量最轻的超对称粒子（LSP）。因此，需要违反R-奇偶性以避免LSP的过度生产。轴子场可以用相对简单的Kahler势来稳定，而不会引起太大的轴子暗辐射。尽管有很大的熵产生，观察到的重子数是由阿弗莱克-戴恩机制解释。此外，放松了等曲率扰动的约束，膨胀期间的哈勃常数可以大到几个$\times$ $10^{10}$ GeV。
2015-12-18 hep-ph
Search for Sub-GeV Axion-Like Particles at EBES Pilot Run Using 4 GeV Positron Beam at KEK LINAC
Saga University（佐贺大学）；The University of Tokyo（东京大学）；High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构（KEK））；Osaka Metropolitan University（大阪公立大学）；Kyushu University（九州大学）；National Institute of Technology, Niihama College（国立高专新居滨高专）
利用EBES试点运行数据，通过布里渊辐射光子在钨靶中产生轴子类粒子，并通过a→γγ衰变进行探测，设定了背景低于0.1事件的信号区域，未观测到事件，得出90%置信水平下的轴子质量-耦合上限。
2026-10-23 hep-ex hep-ph
Axion-Like Particles at the ILC Giga-Z
类轴子粒子（ALP）是标准模型的一个通用的、可计算的、有良好动机的扩展，具有深远的现象学意义。仅耦合到超荷的ALP代表了此类模型的一个子集，将ALP耦合到光子和$Z$玻色子。我们研究目前的约束这一类的模型与ALP质量在100 MeV至100 GeV的范围内，特别注意100 MeV至10 GeV之间的区域，参数空间的一部分，这是生病的约束，目前的实验。我们表明，超过$10^{9}$ $Z$玻色子产生的Giga-Z模式的未来ILC实验，结合其探测器的高粒度的性质，将允许ALP耦合到超荷被发现的耦合下降到近$10^{-5}\,\rm{GeV^{-1}}$的质量范围从0.4到50 GeV。
2021-01-02 hep-ex hep-ph
Probing axion in the DFSZ model
Van Lang University（文郎大学）
研究在DFSZ模型中引入新右手轻子时轴子相关特性。通过特定形式呈现标量场，分析轴子与费米子耦合等。指出新标量场质量及希格斯二重态真空期望值特定区域下，耦合修饰符符合实验约束。
2026-07-07 hep-ph
Adiabatic Electroweak Baryogenesis Driven by an Axion-like Particle
类轴子粒子（ALP）的周期性使其能够不受衰变常数$f$的影响而引发强的一级相变，这为电弱重子生成提供了一个新的方向。对于$f$远高于TeV，ALP诱导的电弱相变近似描述的绝热过程，区分我们的方案从传统的电弱重子。我们发现，在大约$10^5$ GeV和$10^7$ GeV之间的范围内，ALP可以自然地实现自发的电弱重子生成，以解决$f$的物质-反物质不对称问题.在这样的ALP窗口中，重子生成的$CP$破坏完全不受实验限制，特别是最近改进的电子电偶极矩限制。未来对ALP的搜索可以探测我们的场景，同时揭示电弱对称性破缺和重子生成之间的联系。
2020-02-04 hep-ph
Heavy Axion Opportunities at the DUNE Near Detector
虽然QCD轴子通常被认为是轻的（$\lesssim$ eV），最近的工作已经打开了一个可行的和有趣的重轴子的参数空间，解决了强CP和轴子质量问题。这些动机良好的重轴子，以及一般的类轴子粒子，要求在对撞机和束流收集器环境中的GeV质量领域的探索。即将到来的主要中微子实验，深地下中微子实验（DUNE），同时也是一个强大的束流收集实验，由其多用途近探测器（ND）复合体实现。在这项研究中，我们表明，与详细的分析，沙丘ND有一个独特的灵敏度，重轴子之间的质量$20$ MeV和$2$ GeV，补充其他未来的实验。
2021-05-20 hep-ex hep-ph
Photon-jet events as a probe of axion-like particles at the LHC
类轴子粒子（ALP）是标准模型（SM）的许多扩展预测。当ALP的质量在MeV到GeV的范围内时，宇宙学和天体物理学将在很大程度上无关紧要。在这项工作中，我们调查这样的光ALP通过ALP-strahlung过程$pp \to V a (\to γγ)$在14 TeV的LHC与3000 fb的积分亮度光度$^{-1}$（HL-LHC）。与光子射流算法，我们表明，我们的方法可以探测的质量范围的ALP，这是无法访问以前的LHC实验。在0.3GeV ~ 10 GeV的ALP质量范围内，所得到的结果可以超过现有的ALP-光子耦合极限。
2021-10-26 hep-ex hep-ph
Hadronic axion window and the big-bang nucleosynthesis
衰变常数为$f_a\simeq 10^{6}$ GeV的强子轴子可能满足迄今为止讨论的所有天体物理和实验室限制。在本文中，我们重新考虑强子轴子窗口的可能性，同时考虑到一些参数描述低能轴子动力学的不确定性。发现从$3\times 10^5$ GeV到$3\times 10^6$ GeV范围内的$f_a$不能被现有的参数排除。然后，我们研究的含义，这个强子轴子窗口的大爆炸核合成（NS）的热轴子在核合成时代的能量密度的评估。我们的分析产生了$(ρ_a/ρ_ν)_{NS}=0.4\sim 0.5$，它稍微超过了当前的最佳界限$(ρ_a/ρ_ν)_{NS}\leq 0.3$。
1993-06-03 astro-ph hep-ph
A viable QCD axion in the MeV mass range
QCD轴子是强CP问题最引人注目的解决方案之一。目前主要的努力是寻找一种超轻、不可见的轴子，这被认为是QCD轴子唯一现象学上可行的实现。衰变常数等于或低于电弱标度的可见轴子被认为长期以来一直被实验室搜索排除在外。考虑到强CP问题的轴子解的重要性，我们重新审视了在O（10 MeV）质量窗口中对QCD轴子的实验约束。特别是，我们发现一个变体轴子模型，仍然与现有的约束条件兼容。该模型预测了在GeV尺度下强子耦合的新态，以及各种低能轴子特征，如稀有介子衰变、通过轴子发射的核去激发、$e^+e^-$湮灭和固定靶实验中的产生。这重新打开了在GeV尺度上解决强CP问题的可能性。
2020-09-11 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
Cosmologically allowed regions for the axion decay constant $F_a$
如果Peccei-Quinn对称性在暴胀过程中已经被破坏，那么轴子的衰变常数$F_a$可以在$10^{11}$ GeV到$10^{18}$ GeV之间的一个很宽的区域内，因为轴子是主导暗物质。然而，在这种情况下，轴子引起了严重的宇宙学问题，等曲率扰动问题，这严重限制了膨胀期间的哈勃参数。当Peccei-Quinn标量场在暴胀过程中取较大值$\sim M_{p}$（普朗克尺度）时，该约束被放松.本文指出，当Peccei-Quinn标量场在暴胀过程中取$\sim M_{p}$时，对于给定的张量标量比$r$，衰减常数$F_a$的允许区域缩小到一个相当窄的区域.例如，如果在将来的测量中将$r$的比值确定为$r \gtrsim 10^{-3}$，则我们可以预测畴壁数$N_\text{DW}=6$的$F_a \simeq (0.1-1.4)\times 10^{12}$ GeV。
2019-09-18 astro-ph.CO hep-ph
PBH assisted search for QCD axion dark matter
当失准角为$θ_{\rm i}=\mathcal{O}(1)$时，BBN时代之前的熵产生是防止衰变常数为$F_{a}\in[10^{12}{\rm GeV},10^{16}{\rm GeV}]$的QCD轴子过闭合宇宙的途径之一。因此，它必然伴随着早期的物质主导时代（EMD），前提是熵的产生是通过重粒子的衰变实现的。在本工作中，我们考虑了在小尺度上增强的原初标量扰动（$k>10^{4}{\rm Mpc}^{-1}$）的假设下，在EMD时代形成原初黑洞的可能性。在这样的情况下，它是预期的PBH与轴子晕吸积发展到超紧迷你晕（UCMH）。我们研究了如何UCMH这样获得的可能是很大的使用在实验中的QCD轴子暗物质与$F_{a}\in[10^{12}{\rm GeV},10^{16}{\rm GeV}]$的搜索。
2022-10-31 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Axion Misalignment Driven to the Hilltop
QCD轴子作为一个动机良好的暗物质候选者和失准机制是已知的，以再现观察到的丰度与衰变常数$f_a \simeq \mathcal{O}(10^{12})$ GeV的失准角$θ_{\rm mis} \simeq \mathcal{O}(1)$。虽然$f_a \ll 10^{12}$ GeV在实验上有很大的意义，但错位机制要求轴子非常接近山顶，即$θ_{\rm mis} \simeq π$。$θ_{\rm mis}$的这种特殊选择被理解为对初始条件的微调。我们在一类模型中给出了$θ_{\rm mis} \simeq π$的动力学解释。在早期宇宙中，由于质量的增加，轴子动态地松弛到最小的势能。这个最小值随后被转换成一个山顶，因为当一个贡献变得次显性到另一个相反的符号时，理论的CP相位移动了$π$。我们展示了明确的和可行的例子，在超对称模型中，高维希格斯耦合的暴胀自然实现这两个标准。相关的现象学包括一个惊人的尖锐的预测$3 \times 10^9$ GeV $\lesssim f_a \lesssim 10^{10}$ GeV和没有等曲率扰动。
2019-05-31 astro-ph.CO hep-ph
On Axion Thermalization in the Early Universe
我们重新分析的条件下，我们有一个原始的热人口的轴子。与以前的研究相比，我们发现其他过程，涉及胶子和夸克，在高温下占主导地位。我们的结论是，如果Peccei-Quinn标度满足$F_a < 1.2 \times 10^{12} \GeV$有热轴子生产。在这种情况下，在早期宇宙中存在一个时期的轴子与QCD等离子体相互作用，我们指出，非热轴子在此期间结束之前产生的热化。这可能导致在$F_a < 1.2 \times 10^{12} \GeV$模型中，弦衰变产生的轴子的预期密度降低。
2002-05-24 astro-ph hep-ph
Detecting Axion-like Dark Matter with Linearly Polarized Pulsar Light
非相对论性QCD轴子或类轴子粒子是宇宙中冷暗物质最热门的候选者之一。我们提出了用线偏振脉冲星光作为探测器来探测类轴子DM。由于星系轴子DM背景振荡可能引起的双折射效应，脉冲星光穿越星系时，其线偏振角可能随时间变化。与孤子+NFW银河DM密度分布，我们表明，这种策略可以潜在地探测小到$\sim 10^{-13}$ GeV $^{-1}$轴子质量$m_a \sim 10^{-22}-10^{-20}$ eV的轴子光子耦合，给定当前的测量精度。强于CAST（$ \sim 10^{-10}$ GeV $^{-1}$）和SN 1987 A（$ \sim 10^{-11}$ GeV $^{-1}$）的排阻极限可以分别扩展到$m_a \sim 10^{-18}$ eV和$\sim 10^{-19}$ eV。
2019-02-25 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Inflection-Point Inflation with Axion Dark Matter in light of Trans-Planckian Censorship Conjecture
受最近提出的跨普朗克审查猜想（TCC）的启发，我们提出了一个含有轴子暗物质的拐点暴胀的规范$B-L$模型。膨胀期间的哈勃尺度（$H_{\rm inf}$）满足$H_{\rm inf} \lesssim 1$ GeV的TCC界限，轴子暗物质方案不存在轴子畴壁和等曲率问题，轴子衰变常数可以大于$10^{12}$ GeV。跷跷板机制被自动纳入模型中，所观察到的宇宙重子不对称性可以通过共振瘦生来再现。
2020-06-03 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Axion dark matter search using the storage ring EDM method
本文提出用储存环EDM方法研究轴子暗物质引起的核子EDM振荡。该方法使用B场和E场的组合来产生$g-2$自旋进动频率和背景轴子场振荡之间的共振，以大大提高对它的灵敏度。从$10^{-9}$ Hz到100 MHz的轴子频率范围原则上可以以高灵敏度扫描，对应于$10^{13} $ GeV $\leq f_a \leq 10^{30}$ GeV的$f_a$范围，产生轴子或类轴子粒子（ALP）的全局对称性的破坏尺度。
2018-06-14 hep-ex hep-ph physics.ins-det
GeV-scale QCD Axion
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；University of Tokyo（东京大学）；Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory（欧内斯特·奥兰多·劳伦斯伯克利国家实验室）
研究GeV量级QCD轴子在解决强CP问题中的可能性，提出其可能属于观测到的η共振态，并探讨其在实验中的探测方法与限制条件。
2026-01-23 hep-ex hep-ph
Coupled Boltzmann computation of mixed axion neutralino dark matter in the SUSY DFSZ axion model
超对称化DFSZ轴子模型是非常有动力的，不仅因为它提供了规范层次和强CP问题的解决方案，而且因为它提供了一个解决超对称μ问题，自然允许一个小层次。我们计算预期的混合轴子-中性伴子暗物质丰度的SUSY DFSZ轴子模型在两个基准情况下-一个自然的SUSY模型与标准的中性伴子丰度不足（SUA）和一个mSUGRA/CMSSM模型与标准的过剩（SOA）。我们的计算实现耦合玻尔兹曼方程，跟踪辐射密度以及中性伴子，轴子（产生热（TH）和通过相干振荡（CO）），saxion（TH-和CO-产生），axino和引力子密度。在SUSY DFSZ模型中，轴子，axino和saxion经历冻结过程-与SUSY KSVZ模型中的冻结或平衡生产相反-导致热产量在很大程度上独立于再加热温度。我们发现SUA的情况下，与抑制saxion-axion耦合（ε =0）只承认解决方案PQ破坏尺度f_a~< 5 \times 10^{12} GeV的参数空间的大部分往往是轴子主导。对于具有允许的萨克逊-轴子耦合的SUA（α =1），则允许f_a值高达~ 2 \times 10^{14} GeV。对于SOA的情况下，几乎所有的超对称DFSZ参数空间是不允许的暗物质，暗辐射的生产过剩或违反BBN约束的组合。一个例外发生在非常大的f_a~ 10^{15}-10 ^{16} GeV，其中来自CO产生的saxion的大熵稀释导致允…
2015-02-27 astro-ph.CO hep-ph
