New Perspectives on Axion Misalignment Mechanism
本文提出轴子初始速度非零的错位机制新方案,研究其对轴子暗物质遗迹丰度预测的改变,并开辟新的可行参数区域。
2023-04-12 astro-ph.CO hep-ph
Axion production via trapped misalignment from Peccei-Quinn symmetry breaking
本文研究一般 PQ 破缺算符对轴子错位产生的影响,提出俘获错位机制变体可推迟轴子振荡,开辟 $m_a \gg 10^{-5}$ eV 的暗物质窗口,并可通过多种实验检验。
2024-08-08 astro-ph.CO hep-ph
QCD Axion Kinetic Misalignment without Prejudice
轴子场是与Peccei-Quinn(PQ)对称性的自发对称性破缺相关的复标量场的角方向,可能起源于初始非零速度。一个非零的角速度的存在所产生的额外的条款,明确打破PQ对称性的潜力有重要的现象学后果,如修改的轴子质量相对于传统的PQ框架或解释所观察到的物质-反物质不对称性。我们进一步阐述了“动力学错位”机制的后果,假设轴子形成了整个暗物质丰度。动力学失准机制具有{ \it weak}极限和{ \it strong}极限,在该极限中,轴子场在与常规PQ框架相同的温度下开始振荡,该极限对应于大的初始速度,其有效地延迟振荡的开始。根据紫外线不可知的方法,我们展示了这种情况下如何影响轴子微簇的形成,我们勾勒出这些子结构的细节以及潜在的检测签名。
2022-11-23 astro-ph.CO hep-ph
Axion Kinetic Misalignment and Parametric Resonance from Inflation
来自标准失准的轴子冷暗物质通常需要一个衰减常数$f_a~\gtrsim~10^{11}$ GeV。当径向Peccei-Quinn(PQ)对称破缺场取大的初始值时,动力学失调和参数共振容易允许较低的$f_a$值。在这里,我们考虑的影响,通货膨胀的动力失调和参数共振。我们假设初始的PQ场值是由量子涨落决定的,并且由膨胀期间的哈勃参数、$H_I$和PQ场质量来设置。PQ场振荡在温度$T_R$下充气后完成再加热之前或之后开始。我们确定的范围$f_a$和膨胀参数$(H_I, T_R)$一致的轴子暗物质的四次潜在的PQ字段。我们发现,$4\times 10^8$ GeV $< f_a < 10^{11}$ GeV可以持续产生轴子暗物质。允许的参数空间的一个重要部分预测罕见的K介子衰变,$K_L \rightarrow (π^0 + \rm{missing \; energy})$,和/或抑制小尺度上的结构形成。
2020-04-01 astro-ph.CO hep-ph
Constraining Axion and ALP Dark Matter from Misalignment during Reheating
本文研究再加热期间错位机制产生轴子暗物质的参数空间扩展,并利用ADMX等实验约束再加热动力学。
2023-10-12 astro-ph.CO hep-ph
Axion Misalignment Driven to the Bottom
几个理论的动机指向超轻QCD轴子与大衰减常数$f_a \simeq \mathcal{O}(10^{16}-10^{17})$ GeV,实验建议致力于。已知该机制面临来自未对准机制的轴子暗物质过度产生的问题,除非未对准角度$θ_{\rm mis}$与$\mathcal{O}(10^{-3}-10^{-4})$一样小,这通常被认为是微调问题。我们研究了一个小的$θ_{\rm mis}$的动力学解释。轴子质量产生于强动力学,并可能被早期动力学充分增强,从而克服哈勃摩擦,并在QCD相变之前很久就将场值驱动到势能的底部。与理论中的近似CP对称性一起,这个最小值与今天的值非常密切相关,因此$θ_{\rm mis}$可以自动地在1之下。由于这种有效的松弛,等曲率扰动基本上被阻尼。作为一个存在性证明,使用超对称理论,我们说明了希格斯耦合的暴胀子能量可以成功地实现这种轴子阻尼在一致的暴胀宇宙学。
2019-05-31 astro-ph.CO hep-ph
Dark Radiation production in axion misalignment mechanisms and the cosmological tensions
本文研究轴子错位机制中暗辐射的产生,用贝叶斯方法约束ALP参数空间,并探讨其能否缓解哈勃常数张力和S8差异等宇宙学异常。
2024-11-11 astro-ph.CO 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
QCD axion misalignment during reheating
Indian Institute of Technology Guwahati(印度理工学院古瓦哈提分校);Indian Institute of Science(印度科学学院)
本文研究再加热期间QCD轴子暗物质通过真空和动力学错位机制的产生,针对三种再加热情景确定满足观测遗迹密度和约束的参数空间,并评估轴子探测和引力波实验的探测潜力。
2026-10-02 astro-ph.CO hep-ph
Axion Misalignment Across First-Order Phase Transitions
Laboratory of High Energy and Computational Physics, NICPB(NICPB高能计算物理实验室);Department of Cybernetics, Tallinn University of Technology(塔林理工大学网络学系);Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Padova(帕多瓦大学物理与天文学系);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova(意大利国家核物理研究所帕多瓦分部)
研究一阶相变中轴子质量仅在真空气泡内非零时,错位产生机制的修正,通过格点模拟识别快速和慢速相变两种模式,并推导出统一描述轴子暗物质遗迹密度的半解析公式。
2026-10-15 astro-ph.CO hep-ph
The Pressure of Misalignment Axions: a Difference from WIMPs in Galaxy Formation?
两种轴子群体可以对冷暗物质做出贡献:通过错位机制产生的经典场,以及在弦衰变中产生的模式。与WIMP相比,经典场具有额外的压力,这可能对非线性星系形成产生可观察到的后果。
2014-10-18 hep-ph
Amnesia in the Axion Misalignment Landscape
Karlsruhe Institute of Technology (KIT)(卡尔斯鲁厄理工学院);İstinye University(伊斯提耶大学);Universidad de Zaragoza(萨拉戈萨大学);Kanazawa University(金泽大学)
该研究通过格点模拟探究暴胀前轴子失准景观的演化,发现meV质量范围存在敏感的“峰顶着陆”解,强自相互作用可使不同早期轴子历史产生相似晚期结构。
2026-08-06 astro-ph.CO hep-ph hep-th
A Non-Inflationary Axion and ALP Misalignment Mechanism
基于量子引力破坏全局对称性的考量,提出由 Planck 抑制项导致的对称性破缺可提供一种非暴胀的失配机制,从而在低温下产生轴子及 ALP 场的相干振荡。
2025-07-01 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Rotating Drops of Axion Dark Matter
我们考虑如何QCD轴子产生的错位机制可以形成银河系暗物质晕。我们记得,静止的、引力稳定的轴子场结构的大小相当于一颗质量为$10^{-13} $太阳质量的小行星(因为梯度压力不足以支撑一个更大的物体)。我们称这种场结构为“液滴”。我们探讨了旋转液滴是否可以更大,并发现它们的质量可以增加10倍。值得注意的是,这个质量与在膨胀后产生的轴子的情况下由未对准轴子产生的微团簇的质量相当。我们推测,今天的错位轴子是以液滴的形式出现的,像小行星的分布一样(而不是作为一个相干振荡的背景场)对暗物质起作用。我们考虑了一些观测到的水滴特征,这些特征似乎与由轴子暗物质组成的星系晕一致。
2016-03-14 astro-ph.CO hep-ph
An exceptionally light axion: Strong CP and Dark Matter
我们探讨了解决强CP问题的轴子是否自然地比规范QCD轴子轻得多。考虑了Hook提出的$Z_\mathcal{N}$对称性,其中$\mathcal{N}$镜像世界和简并世界共存于自然界,并通过轴子场联系起来,并详细研究了相关的唯象.在第二步,我们表明,暗物质可以占这个非常轻的轴子。这包括第一个提出的“模糊暗物质“QCD轴子。由于$Z_\mathcal{N}$轴子势的特殊温度依赖性,一种新的失准机制--陷阱失准--发生了,在某些情况下,这种机制也可以动态地产生最近提出的动力学失准机制。由此产生的所有轴子相互作用相对于那些典型的QCD轴子的普遍增强对ALP实验的前景,如ALPS II,IAXO和许多其他的强烈影响。例如,即使是卡斯珀电气的第一阶段也可以发现这种轴子。
2021-11-04 astro-ph.CO hep-ph
Misalignment production of vector boson dark matter from axion-SU(2) inflation
提出轴子-SU(2)暴胀产生相干振荡暗矢量场的新失准机制,可覆盖10^-13–1 eV乃至模糊暗物质质量区,并规避暗光子情形下的等曲率、统计各向异性和鬼模约束。
2024-04-04 astro-ph.CO hep-ph
The Large-Misalignment Mechanism for the Formation of Compact Axion Structures: Signatures from the QCD Axion to Fuzzy Dark Matter
轴子是标准模型之外最有动力的粒子之一。我们展示了如何吸引的自相互作用的暗物质(DM)的轴子在广泛的质量范围内,从$10^{-22}$ eV到$10^7$ GeV,可以导致非引力增长的密度波动和形成的绑定对象。这种结构形成增强驱动的参数共振时,初始场的失调是大的,它影响的长度尺度上的哈勃视界的轴子场开始振荡时,在辐射主导的时代深处的轴子密度扰动。这种效应可以将绝热扰动的几乎尺度不变的光谱变成在上述尺度上具有尖峰的光谱,产生从密集DM晕到标量场配置(如孤子和微扰子)的物体。我们称这类产生轴子DM的宇宙学方案为“大错位机制”。“我们探索了这种机制的观测结果与质量高达$10$ eV的轴子。对于比$10^{-5}$ eV重的轴子来说,致密的轴子晕的数量足以显著影响地球上的直接探测实验,产生间歇但相干的信号,重复率超过每十年一次,交叉时间少于一天。轴子密度和运动学相干性的这些偶发性增加为轴子DM搜索(包括QCD轴子)提出了新的方法。由$10^{-22}$ eV到$10^{-5}$ eV的轴子组成的致密结构可以通过引力透镜搜索探测到,它们的引力相互作用也可以扰动重子结构并改变恒星的形成。在非常高的失调幅度,轴子场可以经历自相互作用诱导的内爆物质辐射平等之前很久,产生潜在的可检测的低频随机引力波。
2019-12-30 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Dynamical axion misalignment with small instantons
我们提出了一种新的机制来松弛QCD轴子的初始失准角,提高轴子衰变常数的宇宙学界。在暴胀期间,QCD轴子接收到来自小紫外瞬子的贡献,这将其质量提高到暴胀的哈勃尺度。这使得轴子在早期就开始降低它的势。在这种情况下,夸克的标准模型汤川耦合是动态的,在暴胀时期是一阶的,一旦暴胀结束,就降低到它们的标准模型值。这意味着在暴胀之后,小瞬子的贡献被抑制,轴子势从通常的IR瞬子降低到标准的轴子势。结果,当轴子在膨胀后再次开始振荡时,由于膨胀期间的动力学,初始失准角被抑制。虽然动力学轴子错位的一般思想已经在文献中讨论过,我们详细介绍了在膨胀期间和之后的轴子势的最小值之间的不匹配的主要瓶颈,以及如何在我们的情况下通过Froggatt-Nielsen机制规避。考虑到所有的限制,我们发现,轴子衰变常数可以提高到大统一理论的规模,$10^{15}$ GeV,在我们的情况下。
2020-01-06 hep-ph
Comments on Axions, Domain Walls, and Cosmic Strings
一段时间以来,轴子一直被认为是暗物质的可能候选者。它们可以通过错位产生,但有人认为,当暴胀发生在佩西-奎因跃迁之前时,宇宙弦可以产生可观的产物。这是广泛模拟的主题。但我们有理由怀疑轴子弦的可能作用。我们回顾和阐述这些问题,并认为参数字符串已经占随机错位角的假设。我们回顾和阐述这些问题,并提供了几个定性的参数字符串已经占随机错位角的假设参数。这些论点是基于弦解的集体模式的考虑,在特定模型中轴子辐射的计算,以及模拟的回顾。
2021-11-18 astro-ph.CO hep-ph
ALP Dark Matter from Kinetic Fragmentation: Opening up the Parameter Window
本文研究了早期宇宙中类轴子粒子(ALP)暗物质的动力学失协机制,发现该机制下轴子场几乎完全碎裂,将能量转移至高阶模,从而大幅开放了可由未来实验探测的参数空间,并指出致密轴子晕形成和引力波特征等观测意义。
2025-04-01 astro-ph.CO hep-ph
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
Acoustic Misalignment Mechanism for Axion Dark Matter
本文提出轴子暗物质的声学失配机制:旋转复标量场凝聚体中的声波涨落可在稀释后成为轴子暗物质,其丰度在径向场足够重时可超过常规与动力学失配贡献。
2025-03-06 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
MiMeS, the Misalignment Mechanism Solver
我们简要地讨论了MiMeS,一个C++库,可以解决各种轴子模型和宇宙学历史中的轴子和类轴子运动方程。
2022-06-05 hep-ph
Misalignment vs Topology in Axion-Like Models
宇宙学轴子是一种重要的暗物质候选者,当一个具有自发破缺的O(2)不变性的标量场在宇宙学上发展出明显的O(2)破缺倾斜时,就会产生相干的长波长模,这些模可能是暗物质。看来,这种机制的生产效率是低的,尽管可能从拓扑结构的生产。为了更好地理解这一点,我们在O(N)推广中检查生产。特别是,我们强调了显式O(N)-突破潜力打开的速度的重要性。
2021-08-13 hep-ph
Inflation models with Peccei-Quinn symmetry and axion kinetic misalignment
该研究提出含U(1)PQ对称性的自洽框架,通过引入共形耦合的PQ复标量场、额外希格斯二重态及右手性中微子,解决强CP问题,获得暴胀结束时足够大的初始轴子速度,实现高 reheating 温度且保持PQ对称性不恢复。
2024-11-26 astro-ph.CO hep-ph hep-th
The phenomenon of the axion kinetic misalignment with a generic PQ-breaking operator
Chongqing University(重庆大学)
研究通用PQ破坏算符对轴子暗物质和宇宙学约束的影响,发现非标准宇宙学演化导致引力波信号被抑制,通过参数扫描确定一致区域。
2026-03-11 astro-ph.HE hep-ph
Dark Matter Axions Revisited
我们研究的理论参数的具体值的轴子可以形成整体的冷暗物质。我们检查允许的轴子参数区域的光最近收集的数据由WMAP 5任务加上重子声学振荡和超新星,并假设一个暴胀的情况和标准宇宙学。如果在暴胀之后恢复佩切-奎因对称性,我们就恢复了轴子质量和密度之间的通常关系,因此轴子质量$m_a =67\pm2{\rm μeV}$使轴子成为100%的冷暗物质。如果Peccei-Quinn对称性在暴胀过程中被破坏,那么轴子可以是$m_a < 15{\rm meV}$的冷暗物质的100%,只要初始失准角$θ_i$的特定值被选择为与其质量$m_a$的给定值相对应。大的Peccei-Quinn对称性破缺标度值对应于小的,可能是令人不舒服的小的初始失准角$θ_i$值。
2009-10-20 astro-ph.CO hep-ph
A Light QCD Axion with Hilltop Misalignment
研究了轻 QCD 轴子的宇宙学演化,提出镜像扇区导致的“山顶”错位机制,通过改变势极小值演化来获得正确的暗物质遗迹丰度,同时解决强 CP 问题并拓展了可探索的参数空间。
2024-09-24 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Axion dark matter from frictional misalignment
我们研究了在僻静的热浴中类轴子粒子(ALP)与黑暗的非阿贝尔规范扇区的相互作用引起的闪锌矿引起的热摩擦对轴子暗物质丰度的影响。热摩擦可以通过延迟振荡的开始来增强轴子遗迹密度,也可以通过阻尼振荡来抑制它。我们推导出一个解析公式的\emph{frictional adiabatic invariant},它保持不变,沿轴子的演变,这使我们能够计算的轴子遗迹密度在一般设置。即使在最小的情况下,其中一个单一的规范组是负责的ALP质量和摩擦力的产生,我们发现,由此产生的暗物质丰度从错位机制偏离了轴子质量$m_a\gtrsim 100 \; {\rm eV}$的标准方案。我们还概括了我们的分析的情况下,规范场,引起摩擦和规范部门负责的ALP质量是不同的,他们的耦合到轴子有一个大的层次结构,可以证明通过对齐或发条的情况。我们发现,这是很容易打开的ALP参数空间,由此产生的轴子丰度相匹配的观察到的暗物质遗迹密度在传统的过度和不足的制度。这个结论也适用于QCD轴子。
2023-02-14 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
Dark Matter Targets for Axion-like Particle Searches
许多现有的和拟议的针对QCD轴子暗物质(DM)的实验也可以寻找广泛的类轴子粒子(ALP)。我们分析了实验的敏感性,电磁耦合ALP DM在不同的宇宙学场景的遗物丰度设置的错位机制。我们获得基准DM目标的标准热宇宙学,一个前核合成期的早期物质统治,和一个时期的kination。这些目标在理论上是简单的,并且假设$\mathcal{O}(1)$未对准角,从而避免初始条件的微调。我们发现,一些实验将有敏感性,这些ALP DM目标之前,他们是敏感的QCD轴子,和其他人可以潜在地达到有趣的目标低于QCD带。ALP DM丰度也取决于ALP质量的来源。由强动力学(如QCD轴子)产生的依赖于温度的质量对应于具有较小衰变常数的DM候选者,从而导致更好的检测前景。
2019-05-16 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Axion and Quark Nugget Dark Matter Model
我们研究了一个暗物质(DM)模型,它为宇宙学中的两个(天真地不相关的)问题提供了一个非常自然的解释:观测到的关系$Ω_{\rm DM}\simΩ_{\rm visible}$和观测到的宇宙中物质和反物质之间的不对称性,被称为“重子生成”问题。在这个框架中,这两种物质(暗物质和可见物质)具有相同的QCD起源,形成于相同的QCD时期,并且都与系统的同一个维度参数$Λ_{\rm QCD}$成比例,这解释了这两个天真不同的问题如何密切相关,并且可以在同一框架中同时解决。更具体地说,这个模型中的DM由两种不同的成分组成:(研究得很好的)DM轴子和(研究得较少的)由物质或反物质组成的夸克块。本工作的重点是定量分析这两个不同的组件之间的关系,有助于由$Ω_{\rm DM}\equiv [Ω_{\rm DM}(\rm nuggets)+ Ω_{\rm DM}(\rm axion)]$确定的理论的暗部门。我们认为,块金的DM组件总是跟踪可见物质的密度,即$Ω_{\rm DM}(\rm nuggets)\simΩ_{\rm visible}$和这个功能是不敏感的系统的参数,如轴子质量$m_a$或失准角$θ_0$。当$Ω_{\rm DM}(\rm axion)$对轴子质量$m_a$和初始失准角$θ_0$高度敏感时,由于失准,这与传统的轴子产生机制是不同的。我们还讨论了与暴胀尺度$H_I$、等曲率扰动的不…
2018-01-22 astro-ph.CO hep-ph
Peccei-Quinn Inflation at the Pole and Axion Kinetic Misalignment
本文提出在 PQ 场动能项极点附近实现慢滚暴胀,利用 PQ 破坏势赋予轴子初始速度,通过动力学错位机制在较小衰变常数下解释 QCD 轴子遗迹密度,并预言可在未来 CMB 实验中检验的暗辐射信号。
2024-05-01 hep-ph hep-th
Audible Axions with a Booster: Stochastic Gravitational Waves from Rotating ALPs
引力波提供了一种新的方法来探测与暗光子场耦合的轴子或类轴子粒子,即使在没有与标准模型粒子耦合的情况下。然而,在传统的错位机制中,产生可观测的随机引力波背景需要大的轴子衰变常数。在这里,我们调查的引力波信号内产生的动力失调的情况下,假设轴子有一个大的初始速度。它的动能提供了一个足够高的能量预算,以产生一个可检测的引力波信号,也在较低的衰减常数值。我们得到了相应的引力波信号的解析估计和数值模拟,并评估了它在当前和未来的引力波观测站的可探测性。我们进一步给出了模型参数空间上相应的投影约束,以及暗光子或轴子构成暗物质的参数区域,或者宇宙的重子不对称性通过轴生机制产生的参数区域。最后,我们计算GW生产的旋转轴子,这是很难观察到的实验碎裂。
2022-04-15 astro-ph.CO hep-ph
MiMeS: Misalignment Mechanism Solver
我们介绍了一个C++的标题,唯一的库,用于解决轴子运动方程,MiMeS。MiMeS不对宇宙学和轴子质量做任何假设,这允许用户考虑各种宇宙学场景和类轴子模型。MiMeS还包括一个方便的python接口,允许调用库而无需用C++编写任何代码,开销最小。
2022-03-05 hep-ph
Stacking the Deck: Gambling on a Light QCD Axion
本文提出通过引入小的显式$\mathbb{Z}_N$破缺耦合,使轴子更轻,消除调谐,并解释再加热扇区,轴子经历“操纵”或“洗牌”错位。
2025-07-02 hep-ph
Axions from string decay
我们用数值方法研究了轴子弦的演化和衰变。这些整体缺陷主要通过轴子发射衰减,从而对宇宙学轴子密度有贡献。这个源相对于轴子的失调生产的相对重要性取决于频谱。给出了各种弦环结构的辐射谱。他们支持的论点,即字符串衰变的贡献是相同的数量级的贡献,从错位。
1998-08-10 hep-ph
ALP Dark Matter Mini-Clusters from Kinetic Fragmentation
本文证明在暴胀前U(1)破缺的动力学错位机制中,ALP暗物质因碎裂可形成极致密迷你团簇,其暗物质晕比标准错位和大错位情形更致密,且结果仅依赖ALP质量与衰变常数,未来小尺度结构实验可检验其中相当一部分参数空间。
2024-05-02 astro-ph.CO hep-ph
Cluster X-ray line at $3.5\,{\rm keV}$ from axion-like dark matter
最近报道的$E_γ\simeq 3.5\, {\rm keV}$的X射线线信号来自各种星系团和仙女座星系的叠加光谱,可能来自质量为$2 E_γ$的衰变暗物质粒子。一个轻的轴子类标量被认为是暗物质的天然候选者,并对其产生机制进行了仔细研究。我们表明,适当数量的轴子遗迹密度与首选参数,$m_a \simeq 7 \,{\rm keV}$和$f_a \simeq 4\times 10^{14}\, {\rm GeV}$,可以自然地从暴胀子的衰变。如果轴子是由轴子衰变产生的,由于结构形成的束缚,它不可能构成总的遗迹密度。尽管如此,萨克逊衰变是一个有趣的可能性,因为$3.5\, {\rm keV}$线和暗辐射可以同时解决,与普朗克数据一致。轴子的小失准角,范围在$θ_a\sim 10^{-4} -10^{-1}$之间,取决于再加热温度,也可以是轴子生产的来源。该模型可以满足结构形成和等曲率扰动的约束。
2014-10-07 astro-ph.CO hep-ph
Analogue of Chern-Simons invariant in non-metricity gravity and axion cosmology
本文在非度量引力中提出Chern-Simons不变量的类比赝标量,通过与轴子耦合,解决轴子错位、$S_8$问题,并提出由GUTs相变诱发暴胀的机制。
2025-06-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
New opportunities for axion dark matter searches in nonstandard cosmological models
我们研究了轴子暗物质生产的错位机制的情况下,具有一般的非标准宇宙学。在大爆炸核合成开始之前,宇宙的能量密度由粒子场$ϕ$控制,粒子场由一般状态方程$ω$描述。随后哈勃膨胀率的提高降低了轴子开始振荡的温度,从而打开了比标准窗口更重的轴子的可能性。这是Kination的情况,或者通常是具有$ω> 1/3$的场景的情况。然而,如果$ω< 1/3$,就像在早期物质支配的情况下,相对于标准模型,$ϕ$的衰变注入了额外的熵,以这种方式稀释了预先存在的轴子丰度,并使较轻的轴子可行。对于失准角$0.5 < θ_i < π/\sqrt{3}$,通常的轴子窗口在早期物质支配的情况下扩展到$4 \times 10^{-9}$ eV $\lesssim m_a \lesssim 2 \times 10^{-5}$ eV,或者在动能化的情况下扩展到$2 \times 10^{-6}$ eV $\lesssim m_a \lesssim 10^{-2}$ eV。有趣的是,在这样一个更宽的范围内耦合轴子光子可以探测到下一代实验,如ABRACADABRA,KLASH,ADMX,MADMAX和ORGAN。因此,对轴子暗物质的研究可能为探索宇宙大爆炸核合成之前的历史提供了一种独特的工具。
2021-12-09 astro-ph.CO hep-ph
A post-inflationary kinetic axion
该研究提出了一种post-通胀期动能轴子机制,通过非最小耦合复场的超音速不稳定性产生轴子丰度,从而生成暗物质。
2025-12-15 astro-ph.CO 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
Spontaneous Cogensis by QCD axion in Type I Seesaw
Korea Institute for Advanced Study(韩国高等研究院)
本文提出一种基于轴子驱动的自生成机制,通过动能不对称性解释质子不对称性和暗物质丰度,统一了PQ机制与I型锯齿模型。
2026-01-14 hep-ph
Lukewarm inflation and the QCD axion
Univ Coimbra, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra(科英布拉大学科学与技术学院);CFisUC(科英布拉大学物理研究中心);Jožef Stefan Institute(约瑟夫·斯特凡研究所)
本文提出一种略高于QCD标度的暖暴胀阶段,可稀释QCD轴子丰度,避免微调初始错位角,并通过右手中微子实现,产生可观测的引力波信号。
2026-09-18 astro-ph.CO 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
Consequences of Multiple Axions in Theories with Dark Yang-Mills Groups
本研究针对含暗杨-米尔斯群的理论,计算了两类模型中多轴子的现象学效应,得出暗禁闭标度限制、副本数上限等结论,并分析了轴子动能混合产生的双轴子态性质。
2023-07-18 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Analytical study of birefringent cavities for axion-like dark matter search
Research Institute for Interdisciplinary Science, Okayama University(冈山大学理工融合研究 institute);Theory Center, Institute for Particles and Nuclear Studies (IPNS), High Energy Accelerator Research Organization (KEK)(高能加速器研究机构粒子与核物理研究所理论中心);Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI)(综合研究大学院大学);Institute of Systems and Information Engineering, University of Tsukuba(筑波大学系统信息工程学研究所);Center for Artificial Intelligence Research, University of Tsukuba(筑波大学人工智能研究中心);Institute for Quantum Studies, Chapman University(查普曼大学量子研究 institute)
本文提出了一种非微扰框架,用于量化双折射效应并分析其对轴子暗物质搜索灵敏度的影响,发现双折射和偏振错位均会导致灵敏度下降,但通过选择合适的后选择角度可缓解错位影响。
2025-12-22 gr-qc hep-ph quant-ph
Cosmological Problems with Multiple Axion-like Fields
在满足暗物质密度和等曲率涨落的电流约束的同时,要获得QCD轴子,需要对Peccei-Quinn破缺尺度$f_a > 10^{12}$ GeV的暴胀参数或轴子失准角(或两者)进行非最小的微调.为了测量具有许多类轴子场的模型在类似的破缺尺度和质量下的调谐程度,就像在包括QCD轴子的弦理论模型中可能发生的那样,我们引入了一个品质因数${\cal F}$,它测量允许参数空间的分数体积:慢滚参数$ε$和每个轴子失准角的乘积,$θ_0$。对于单个轴子,需要$\mathcal{F} \lesssim 10^{-11}$以避免与观测值冲突。我们表明,微调的$\mathcal{F}$成为指数更极端的情况下,众多的轴子类字段。人择参数是不足以解释微调,因为大部分的人择允许的参数空间被观测排除的限制宇宙微波背景isocurvature模式。因此,这种调整对弦论模型与轻轴子和暴胀宇宙学的兼容性提出了挑战。
2009-11-03 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Kinetic backreaction cannot suppress axion quantum pressure
Brown University(布朗大学)
研究动力学耦合超轻轴子暗物质的反作用,通过解析分析和数值模拟证明,该反作用无法缩小金斯长度以增强结构形成,反而会增大金斯长度,无法实现预期的结构增长效果。
2026-08-04 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational Wave and CMB Probes of Axion Kination
本文研究轴子场旋转导致的物质主导与动能主导时代对原初引力波谱的影响,发现谱呈三角形峰,并结合CMB与BBN约束探讨未来引力波观测对轴子暗物质和重子不对称产生机制的探测前景。
2024-11-19 astro-ph.CO hep-ph
Widening the Axion Window via Kinetic and Stückelberg Mixings
我们指出,动力学和Stückelberg混合,一般存在于低能量的有效作用的轴子可以显着扩大窗口的轴子衰变常数。我们表明,一个有效的超普朗克衰变常数可以得到,即使当轴子动力学矩阵只有次普朗克条目。我们的极小模型只涉及两个轴子,一个Stückelberg U(1)和一个适度秩的瞬子生成非阿贝尔群。在Stückelberg U(1)的质量之下,只有一个非微扰产生势的轴子。与以前的方法相比,轴子衰减常数的增强不依赖于引入的自由度的数量。我们还讨论了如何动力学混合可以降低衰变常数所需的轴子暗物质窗口。弦论嵌入这种情况下,他们的唯象特征进行了简要讨论。
2015-11-17 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Dark Matter in Axion Landscape
如果自然界中有过多的轴子,它们可能具有复杂的势能,并创造出轴子景观。我们研究了一种可能性,其中一个轴子是如此之轻,它是宇宙稳定的,解释了观察到的暗物质密度。特别是,我们专注于两个(或更多)的移位对称性破缺项合谋使轴子足够轻的潜在最小值的情况下。在这种情况下,轴子具有平底势。在对比的情况下,其中一个单一的余弦项占主导地位的潜力,轴子丰度以及其isocurvature扰动显着抑制。这使得一个质量相当大的轴子可以充当暗物质,而不需要微调初始的不对准,并进一步使更高尺度的暴胀与这种情况相一致。
2017-03-02 astro-ph.CO 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