Can the gamma-ray bursts travelling through the interstellar space be explained without invoking the drastic assumption of Lorentz invariance violation?
实验观测表明，伽马射线暴（GRB）和高能中微子暴可能以不同的速度传播，通常延迟数小时或数天。我们讨论了伽玛射线暴延迟的两种可能的解释：光在星际介质中的光的色散和由于量子引力涨落导致的洛伦兹不变性的破坏。在其他几种介质中，我们考虑了光在轴子等离子体中的色散，首次从量子场论出发得到了轴子等离子体的频率和色散关系。我们发现，从观测推断的轴子密度太低，无法产生观测到的GRB延迟。然而，一个更精确的估计的空间分布的轴子需要一个结论性的结果。其他已知的介质也无法解释伽玛射线暴的延迟，尽管在延迟的观测中仍然存在不确定性。根据洛伦兹不变性破坏和修正色散关系的解释有其自身的问题：由于色散关系的修正不应该依赖于粒子类型，光子和中微子之间的延迟很难解释。因此，这两种解释都不足以解释观察结果。我们得出结论，这两种解释之间的一个关键区别是辐射的传播速度的频率依赖性：在色散等离子体中，群速度随着频率的增加而增加，而洛伦兹不变性破坏意味着在较高的频率下速度较低。未来的实验将解决伽玛射线暴的两种频率依赖性中的哪一种实际上是这种情况。
2021-01-14 astro-ph.HE hep-ph hep-th
Lights, Camera, Axion: Tracing Axions from Supernovae in the Diffuse $γ$-ray Sky
Indian Institute of Science（印度科学学院）
本文研究通过轴子-光子转换产生弥散γ射线信号，提出计算框架并首次考虑不同磁场环境下的转换过程，利用观测数据约束轴子-光子耦合常数。
2026-04-01 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Novel cosmological bounds on thermally-produced axion-like particles
利用宇宙微波背景谱和重子声学振荡的数据，我们限制了热产生的类轴子粒子（这里是轴子）与光子和胶子的耦合。轴子具有明确的软破缺质量项，它是在早期宇宙中由轴子-光子或轴子-胶子过程热产生的，解释了该领域的最新进展。我们推导出迄今为止在$10^{-4} \lesssim m_a/{\rm eV} \lesssim 100$考虑的质量范围内最严格的轴子-胶子耦合的边界，取代了SN 1987 A的现有边界。轴子-光子耦合的界限与CAST合作的轴子质量$m_a \gtrsim 3\,$ eV的结果具有竞争力。鉴于未来CMB-S4任务的敏感性，我们对预测范围进行了评论。
2022-07-04 astro-ph.CO 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
Probing high-energy solar axion flux with a large scintillation neutrino detector
我们研究了$p(d,\, ^{3}{\rm He})a$反应产生的5.49 MeV太阳轴子通量，并分析了江门地下中微子观测站（JUNO）即将开展的大型地下中微子振荡实验对探测该通量的潜力。JUNO探测器可以通过各种过程来揭示轴子，例如康普顿和逆普里马科夫转换，以及通过它们在探测器内衰变为两个光子或电子-正电子对。我们进行了详细的数值分析，以预测不同的组合的轴子-电子（$ g_{ae} $），轴子-光子（$g_{aγ}$），和isovector轴子-核子（$ g_{3aN} $）耦合的灵敏度，使用预期的JUNO数据为不同的基准值的轴子质量在一个模型独立的方式。我们发现JUNO将Borexino的电流边界提高了大约一个数量级，并且在中微子实验中具有最好的灵敏度。
2022-09-23 astro-ph.SR hep-ex hep-ph
Axion production and CMB spectral distortion in cosmological tangled magnetic field
在复合时期之前，由于纠缠磁场中的光子-轴子混合和磁场阻尼而产生的轴子产生可以产生宇宙微波背景（CMB）光谱失真。特别是，这两个过程的贡献CMB $μ$失真的情况下，共振光子轴子混合的研究。假设磁场功率谱近似为幂律$P_B(k)\propto k^n$，谱指数为$n$，结果表明，对于磁场截止尺度$172.5$ pc $\leq λ_B\leq 4\times 10^3$ pc，轴子对CMB $μ$畸变的贡献小于宇宙等离子体中磁场阻尼的贡献.利用COBE上限对$μ$和磁场尺度的$λ_B\simeq 415$ pc进行了研究，发现了DFSZ轴子模型和轴子质量$m_a\geq 2.6\times 10^{-6}$ eV的磁场强度（$B_0\leq 8.5\times 10^{-8}$ G）比其它研究的极限弱10倍，并对PIXIE/PRISM对$μ$的预期灵敏度进行了预测.
2015-08-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Bounds on QCD axion mass and primordial magnetic field from CMB $μ$-distortion
在大尺度磁场作用下，CMB光子振荡成轴子会引起CMB谱的畸变。利用COBE对$μ$参数的限制和在视界尺度上具有强度为$B\lesssim 3.2$ nG的均匀磁场，对于KSVZ轴子模型，轴子质量的上限为，$m_a\lesssim 4.8\times 10^{-5}$ eV.另一方面，利用从ADMX实验中得到的被排除的轴子质量$m_a\simeq 3.5\times 10^{-6}$ eV值和束缚在$μ$上的COBE，对于具有当前历元$λ_B\simeq 1.3$ Mpc的相干长度的均匀磁场，对于KSVZ轴子模型和DFSZ轴子模型分别得到了$B\simeq 46$ nG和$B\simeq 130$ nG.导出了PIXIE/PRISM对$B$和$m_a$的预测对$μ$的预期灵敏度。如果未来的PIXIE/PRISM空间飞行任务能够探测到CMB $μ$畸变，并假设大尺度磁场的强度接近其规范值$B\simeq 1-3$ nG，则质量范围为$2\, μ$ eV - $3\, μ$ eV的轴子将是CMB $μ$ -畸变的潜在候选者。
2015-08-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Symmetries and Selection Rules: Optimising Axion Haloscopes for Gravitational Wave Searches
针对轴子和引力波在电磁场中诱导振荡磁场的现象，推导出决定探测器参数敏感性的选择规则，并应用于 ABRACAD 和 LIGO 实验以优化搜索并最大化灵敏度，揭示了利用对称性增强搜索的方法及实验盲点。
2024-04-29 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Probing Ultra-light Axion Dark Matter from 21cm Tomography using Convolutional Neural Networks
我们目前的预测超轻类轴子粒子（UNOPS）的可探测性从未来的21厘米射电观测周围的时代的再电离（EoR）。我们表明，轴子作为占主导地位的暗物质组分有显着的影响，由于在早期宇宙的小尺度密度扰动的抑制再电离的历史。这种行为强烈地依赖于轴子粒子的质量。通过对大红移范围内中性氢亮温场的数值模拟，我们构造了一组训练数据。该数据用于训练卷积神经网络，该网络可以直接在亮度温度场的空间结构和输入轴子质量之间建立联系。我们构建了未来平方公里阵列调查SKA 1-Low的模拟观测，发现即使存在现实的噪声和分辨率限制，网络仍然能够预测输入的轴子质量。我们发现，轴子质量可以在很宽的质量范围内恢复，精度约为20%，并且作为整个DM贡献，如果轴子质量为$M_X<1.86 \times10^{-20}$ eV，使用SKA 1-Low可以在68%处检测到轴子，尽管如果我们放松我们对天体物理建模的假设，将这些天体物理参数视为讨厌的参数，这可以降低到$M_X<5.25 \times10^{-21}$ eV。
2022-01-11 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Axion Gegenschein: Probing Back-scattering of Astrophysical Radio Sources Induced by Dark Matter
我们研究了一种新的技术，用于天体物理探测的轴子或类轴子粒子在银河系的暗物质晕的基础上受激衰变的轴子，我们称之为轴子盖根舍因发射。来自已知最亮的射电源的光子，其频率等于轴子质量的一半，在穿过暗物质晕传播时，会刺激轴子衰变，导致在轴子静止坐标系中与入射光子完全相反的方向上的无线电发射，并为每个射电源创建一个反源，图像被暗物质速度色散平滑。我们计算了天鹅座A的轴子盖根沙因反源（最亮的河外射电源）的通量，以及可以用SKA设置的轴子-光子耦合常数$g_{aγ}$的极限。我们发现这种方法是更强大的比以前的建议的基础上寻找附近的矮星系或银河系的轴子衰变的无线电发射。预测的极限仍然比QCD轴子模型的预测高得多，并且可以通过实验室搜索在具有类似于ADMX实验的强磁场的谐振腔中产生的无线电波来设置极限，尽管这种观察将直接测量通过星系晕的暗物质的柱密度，因此不受暗物质分布中可能的子结构的影响。
2020-08-06 astro-ph.CO hep-ph
Physics beyond the Standard Model with the DSA-2000
California Institute of Technology（加州理工学院）；University of California Berkeley（加州大学伯克利分校）；University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；Princeton University（普林斯顿大学）
DSA-2000将通过无线电观测探索轴子、暗光子、暗物质次亚结构和中微子质量等超越标准模型的物理现象。
2026-01-05 astro-ph.CO hep-ph
Searching for the QCD Axion with Gravitational Microlensing
负责轴子暗物质产生的相变可以产生大幅度的等曲率扰动，这些扰动坍缩成被称为轴子微团的致密物体。我们使用来自EROS调查的微透镜数据，以及斯巴鲁Hyper Suprime Cam最近的观测结果，对微集群场景进行限制。我们计算微透镜事件率的微集群处理它们作为空间扩展的对象与扩展的质量函数。使用公布的微透镜事件的数量上的界限，我们绑定的DM崩溃成小集群，$f_{\rm MC}$的分数。对于一个轴子与温度相关的质量一致的QCD轴子，我们发现$f_{\rm MC}<0.22(m_a/100\,μ\text{eV})^{-0.57}$，这代表了第一个观测约束的微团分数。我们预测，用斯巴鲁进行10个晚上的高效率观测就足以在整个QCD轴子质量范围内约束$f_{\rm MC}\lesssim 0.1$。我们做了各种近似，以获得这些限制和专门的分析，由观察队的EROS和斯巴鲁是必要的，以确认我们的结果。如果将来能对$f_{\rm MC}$进行精确的理论预言，那么微透镜就可以用来排除或发现QCD轴子。我们的计算的进一步细节在配套文件。
2017-06-09 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Constraining Ultra-light Axions with Galaxy Cluster Number Counts
在本文中，我们调查的潜力，目前和即将到来的宇宙学调查约束的质量和丰度的超轻轴子（轴子）宇宙学与星系团数计数。ULA，有时也被称为模糊暗物质，在标准模型之外的许多理论中都有很好的动机，并且可能解决$Λ$ CDM小规模危机。星系团计数为宇宙结构的形成提供了一个强有力的探测。它们的质量和红移分布对基本的线性物质扰动非常敏感。在这篇预测论文中，我们探讨了两种情况，首先是一个排斥限制轴子质量给出了一个无轴子模型，其次是约束的轴子模型。由此我们得到了$m_a \gtrsim 10^{-24}$ eV量级的电子质量下限。然而，这一结果在很大程度上取决于给定调查中最小的可靠可观测集群的质量。像许多其他宇宙学探测器一样，星团计数在质量与丰度参数空间中显示出近似的简并性，这取决于探测器的特性。这些简并对于其他宇宙学探测器是不同的。因此，星系团的计数可能会提供一个补充窗口的性质超轻轴子。
2021-08-03 astro-ph.CO hep-ph
Simulations of Axion Minihalos
作为强CP问题的解决方案，轴子也是一个可行的暗物质候选者。我们使用N-体模拟来研究白噪声密度波动子结构的形成。我们的弛豫轴子微晕的密度分布可以用Navarro-Frenk-White分布来描述，微晕的浓度数与一个简单的物理模型吻合得很好。我们发展了一个半解析公式来拟合我们模拟的质量函数，它在不同的红移范围内基本一致，与经典的晕质量函数只有两个水平的差异。这个解析质量函数使我们能够考虑后膨胀轴子场景中的不确定性，以及将我们的高红移模拟结果外推到现在。我们的工作估计了轴子子结构的丰度，这对于预测它们对宇宙微透镜焦散和脉冲星计时的影响是必要的。我们的计算表明，如果脉冲星定时和微透镜探测器可以达到最近的灵敏度预测，他们可能是敏感的后膨胀轴子暗物质的情况下，即使占不确定性有关的轴子弦。对于脉冲星计时，最重要的警告是轴子微晕是否被恒星破坏，我们的估计表明，在最相关的质量下，这一点有点重要。最后，由于我们的引力模拟是尺度不变的，因此结果可以扩展到暗物质由其他轴子状粒子甚至原始黑洞集群组成的模型。
2021-07-09 astro-ph.CO hep-ph
Unified Gas Heating Constraints on Extended Dark Matter Compact Objects
Korea Institute for Advanced Study（韩国高等科学研究院）；High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构）；The University of Tokyo Institutes for Advanced Study, The University of Tokyo（东京大学前沿研究教育院）；Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI)（日本高级研究院）
通过星际气体加热约束扩展暗物质致密天体的质量和丰度范围
2026-03-05 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Axion-Induced Patchy Screening of the Cosmic Microwave Background
本研究计算了轴子诱导的CMB斑块状屏蔽对相关函数的贡献，并预测了现有及未来巡天对光子-轴子耦合的灵敏度，表明与unWISE结合可探测至3×10⁻¹² GeV⁻¹，CMB-S4可再扩展近一个数量级。
2024-11-11 astro-ph.CO hep-ph
New Directions for Axion Searches via Scattering at Reactor Neutrino Experiments
赝标量类轴子粒子（ALP）的测量通常依赖于它们在束流收集器中的衰变或它们在半影镜和日光镜中转化为光子。我们指出了一个新的实验方向ALP探针，通过他们的生产通过Primakoff过程或类康普顿散射的电子或原子核。我们认为强烈的伽马射线通量产生的ALP可从兆瓦级的核反应堆在中微子实验通过Primakoff或康普顿的通道。靠近堆芯的低阈值探测器将对ALP衰变和逆Primakoff和康普顿散射具有可见性，从而提供对ALP-光子和ALP-电子耦合的灵敏度。我们发现，这些耦合在正在进行的MINER中微子实验的灵敏度超过了现有的限制，由实验室实验和ALP-电子耦合，我们预测世界上最好的实验室为基础的约束在大部分的亚MeV ALP质量范围。
2020-05-21 hep-ex hep-ph
Cosmological Bound on the QCD Axion Mass, Redux
我们重新审视的联合约束的混合热暗物质的情况下，热产生的QCD轴子和遗迹中微子都存在。在重新计算宇宙学的轴子丰度通过最近的进展，在文献中，我们改进了国家的最先进的分析，并提供更新的界限上的轴子和中微子的质量。通过避免近似的方法，如瞬时解耦近似，和限制，由于有限的有效性的微扰方法在QCD，被迫人为地划分的约束从轴子-π和轴子-胶子生产渠道，我们找到了强大的和自洽的限制。我们研究了两个最流行的轴子框架：KSVZ和DFSZ。从大爆炸核合成（BBN）轻元素丰度数据中，我们发现KSVZ轴子$ΔN_{\rm eff}<0.31$和轴子质量束缚$m_a < 0.53 $ eV（即，轴子衰减常数$f_a > 1.07 \times 10^7$ GeV的约束），两者都在$95\%$ CL。如果假设宇宙微波背景（CMB）数据中的重子能量密度有先验，则BBN边界可改进为$ΔN_{\rm eff}<0.14$和$m_a< 0.16$ eV（$f_a > 3.56 \times 10^7$ GeV）.相反，当考虑普朗克卫星的宇宙微波背景温度、偏振和透镜的宇宙学观测与大尺度结构数据相结合时，我们在$95\%$ CL发现了$ΔN_{\rm eff}<0.23$、$m_a< 0.28$ eV（$f_a > 2.02 \times 10^7$ GeV）和$\sum m_ν< 0.16$ eV。这大约对应于一个因素$5…
2022-09-11 astro-ph.CO hep-ph
Polarized anisotropic spectral distortions of the CMB: Galactic and extragalactic constraints on photon-axion conversion
我们重新审视了宇宙学的限制共振和非共振转换的光子在宇宙磁场的轴子。我们发现，对光子-轴子耦合和原始磁场的约束比以前声称的质量为$m_{\rm a} \lesssim 5\times 10^{-13}\,\text{eV}$的低质量轴子粒子弱得多。特别是，我们发现，轴子质量范围$10^{-14}\,\text{eV} \le m_{\rm a} \le 5\times 10^{-13}\,\text{eV}$不排除由CMB数据与以前的索赔。我们还研究了银河系磁场中的光子-轴子转换。在大尺度相干银河磁场中的共振转换导致质量范围为$10^{-13}\,\text{eV} \lesssim m_{\rm a} \lesssim 10^{-11}\,\text{eV}$的宇宙微波背景的$100\%$极化各向异性谱畸变。的极化图案的痕迹横向到视线的银河磁场的组成部分，而在银河磁场和电子分布的各向异性印记的光谱失真的特征各向异性图案。我们的结果适用于标量以及赝标量粒子。为了转换为标量粒子，偏振被$90^{\circ}$旋转，使我们能够将它们与伪标量区分开来。对于$m_{\rm a} \lesssim 10^{-14} \,\text{eV}$，我们有非共振转换的小尺度湍流磁场的银河系导致各向异性，但非偏振的光谱失真的CMB。这些独特的签名是对各向同性和非偏振信号的潜在判别，例如主CMB，以及具有…
2018-04-23 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Axion-photon conversion in transient compact stars: Systematics, constraints, and opportunities
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所帕多瓦分部）；Max-Planck Institut für Astrophysik（马克斯·普朗克天体物理学研究所）；Max-Planck-Institut für Physik（马克斯·普朗克物理研究所）
研究轴子类粒子在致密星体环境中的磁转换过程，探讨超相对论性轴子转化为光子的机制，更新约束并预测未来伽马射线探测器的灵敏度。
2026-03-18 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Distinct photon-ALP propagation modes
该研究通过解析方法发现光子-ALP传播存在两种由混合项与衰减项相对大小决定的模式，并计算了光子存活概率和偏振度以区分它们，同时确定了最大偏振条件及其存活概率上界。
2025-01-24 astro-ph.HE hep-ph
Probing light axion-like particle via primordial black hole evaporation with gamma-ray observations
本文研究原初黑洞蒸发产生的轴子类粒子与光子耦合的伽马射线信号，提出两种产生机制，并用Fisher方法预测未来卫星望远镜对暗物质比例和耦合常数的灵敏度。
2025-08-05 hep-ph
Chameleon foreCAST
暗能量模型，如变色龙，宇宙膨胀的加速是由与物质耦合的标量场的动力学引起的，受到第五种力的潜在存在的影响。在太阳系和实验室中，人们已经提出了三种恢复广义相对论的机制，它们分别是爱因斯坦/达穆尔-波利亚科夫效应、万施泰因性质和变色龙屏蔽。在这里，我们建议在实验室中探测变色龙的存在，考虑它们的粒子物理后果。我们设想的共振和非共振生产的变色龙在太阳和他们的回转换成X射线光子的太阳能日光镜管，如一个使用的CAST。探测到这些X射线就表明变色龙的存在。我们专注于太阳磁场的模板模型：一个恒定的磁场在一个狭窄的外壳周围的速跃层。太阳内部产生的变色龙的反向转换获得的X射线光子在日光镜管中具有在sub-keV区域达到峰值的光谱，刚好低于目前轴子日光镜的实际灵敏度范围。然而，它们可以被现在的磁太阳望远镜探测到，比如CAST和Sumico，它们最初是为太阳轴子建造的。我们还提出了一个变色龙通过一个墙的实验，其中X射线光子从同步辐射源可以转换成变色龙内的偶极磁铁，然后通过一个墙，这是不透明的X射线之前被转换成X射线光子在下游的第二个磁铁。我们表明，这可以提供一个直接的签名变色龙粒子的存在。
2012-01-24 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Lighten up Primordial Black Holes in the Galaxy with the QCD axion: Signals at the LOFAR Telescope
本研究探讨QCD轴子在黑洞吸积等离子体磁场中转换为光子产生的低频射电信号，提出在特定质量范围内可由LOFAR探测，并关联OGLE微引力透镜事件。
2024-04-18 astro-ph.CO hep-ph
The future search for low-frequency axions and new physics with the FLASH resonant cavity experiment at Frascati National Laboratories
FLASH实验方案利用INFN弗拉斯卡蒂实验室的FINUDA磁体与超低温微带SQUID，构建强磁场谐振腔晕镜，填补0.49-1.49μeV质量范围QCD暗物质轴子搜寻空白，同时可探测多种新物理粒子与100-300MHz高频引力波。
2023-09-01 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Searching for eV-mass Axion-like Particles with Cross Correlations between Line Intensity and Weak Lensing Maps
我们研究了线强度和弱透镜映射之间的交叉相关性，以寻找类轴子粒子（ALP）。eV质量的ALP的辐射衰变可以有助于在光学和红外波长的宇宙背景辐射。线强度映射是在给定光子频率下测量背景发射的独特手段。如果ALP构成宇宙暗物质的丰度，线强度图可以与星系成像调查中弱引力透镜效应探测的大尺度结构相关。我们开发了一个理论框架来预测交叉相关性。然后，我们探讨了潜在的探测ALP与交叉相关在即将到来的星系成像和光谱调查。假设SPHEREx和Vera Rubin天文台的时空遗产巡天（LSST），我们发现ALP衰变的互相关可以大于天体物理线对应的$\sim3000\, {\rm nm}$波长的ALPs与粒子质量的$m_a\sim1\, \mathrm{eV}$和粒子到两个光子的耦合$g_{aγγ}\sim1\times10^{-11}\, \mathrm{GeV}^{-1}$。我们还预测，交叉相关的零检测可以为eV质量ALP设置$g_{aγγ} \lower.5ex\hbox{$ \; \buildrel < \over \sim \; $} 10^{-11}\, \mathrm{GeV}^{-1}$的$2σ$水平上限，从而将当前约束提高$\sim10$倍。通过Fisher分析对SPHEREx和LSST中ALP参数的预期约束进行了预测，为利用大尺度结构数据寻找ALP衰变提供了指导。
2021-04-30 astro-ph.CO hep-ph
A distance-independent constraint on the axion-electron coupling from RGB stars
INAF, Osservatorio d’Abruzzo（意大利国家天体物理研究所阿布鲁佐天文台）；Dipartimento di Fisica, Università Sapienza（罗马大学物理系）；INFN, Sezione di Roma（意大利国家核物理研究所罗马分部）；Theoretical Physics Department, CERN（欧洲核子研究中心理论物理部）
本研究利用红巨星支尖端与隆起的热星等差作为距离无关观测量，结合三个球状星团数据，通过最大似然分析得出轴子-电子耦合上限g13<1.49，并排除g13>7.5，验证了该方法的有效性。
2026-09-16 astro-ph.SR hep-ph
Searching for Axion-like particle Dark Matter with Time-domain Polarization: Constraints from a protoplanetary disk
The University of Tokyo（东京大学）；National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台）；Ochanomizu University（御茶水女子大学）；Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI)（Kavli宇宙物理数学研究所（WPI））；Graduate University for Advanced Studies, SOKENDAI（综合研究大学院大学）
通过原行星盘偏振数据约束ALP-光子耦合，首次推导出上限并预报高灵敏度检测潜力
2026-09-25 astro-ph.CO astro-ph.EP hep-ph
Probing axion-like particles coupling to gluons at the LHC
假设ALP只与胶子耦合，它们可以通过$p p \to a j$过程产生，并在大型强子对撞机上衰变为两个喷流。当耦合参数$C_{\tilde{G}} / f_a$较小时，ALP的寿命可以足够长，导致位移的末态喷流。在本文中，我们考虑的信号，包括及时和长寿的情况下，通过采用专门的Delphes模块来处理流离失所的喷气机的ALP。在检测器级别生成和模拟相关背景过程，并执行基于机器学习的多变量分析，以区分信号和背景事件，并实现最佳灵敏度。基于这项研究积累的数据，我们预测的预期上限$C_{\tilde{G}}/f_a$的ALP质量$m_a$在5 $-$ 2300 GeV的范围内，在2-，3-和5- $σ$的意义在高亮度LHC与14 TeV的质心能量和3 ab $^{-1}$集成光度。在$C_{\tilde{G}}/f_a$和$m_a$跨越的参数空间中的巨大的以前未探测的区域进行探测，并发现在2- $σ$意义上的$C_{\tilde{G}}/f_a$的最佳上限是$1.0 \times 10^{-2} \,\, {\rm TeV^{-1}}$周围的$m_a \sim 500$ GeV。ALP质量重建从运动学的最终状态喷流，我们发现，它是可测量的，在这种方法时，$m_a$是低于约1 TeV的HL-LHC。系统的不确定性和验证的EFT框架的影响也检查和讨论。
2022-07-29 hep-ph
Sensitivity to Axion-like Particle dark matter with very-high-energy gamma-ray observations of Active Galactic Nuclei located behind Galaxy Clusters
CEA Saclay, Université Paris-Saclay（法国原子能和替代能源委员会萨克雷研究中心，巴黎萨克雷大学）；Institut für Astronomie und Astrophysik, Universität Tübingen（蒂宾根大学天文与天体物理研究所）
通过高能伽马射线观测活动星系核，研究轴子类粒子与光子相互作用的灵敏度，探索暗物质参数空间。
2026-06-08 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Primordial Gravitational Waves as Probe of Dark Matter in Interferometer Missions: Fisher Forecast and MCMC
本文提出利用干涉仪引力波任务探测重力门户产生的暗物质，通过Fisher矩阵预测和MCMC分析确定了暗物质质量、非最小耦合等参数空间的约束，发现未来探测器可测试高能标下的非热暗物质与重子生成场景。
2025-01-27 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Future CMB constraints on cosmic birefringence and implications for fundamental physics
目前正在建造和提出的CMB偏振实验的主要科学目标是探测原始张量扰动。作为副产品，这些仪器将显着改善对宇宙双折射的约束，或CMB偏振平面的旋转。如果被令人信服地发现，宇宙双折射将是粒子物理学和宇宙学标准模型之外的物理学的戏剧性表现。我们预测了即将到来的地面西蒙斯天文台（SO）和天基LiteBIRD实验，以及“第四代”地面CMB实验（如CMB-S4和中等成本的空间任务PICO）的宇宙偏振旋转（CPR）的界限。我们研究的可检测性的随机各向异性旋转场和各向同性旋转由一个恒定的角度。CPR诱导新的相关性的CMB观测，包括宇称奇型的各向同性CPR的情况下，和模式耦合的各向异性旋转的情况下的相关性。我们发现，LiteBIRD和SO将使各向同性CPR上的1 $σ$结合从当前值30 arcmin分别减少到1.5和0.6 arcmin，而CMB-S4-like和PICO将使其减少到$\sim 0.1$ arcmin。尺度不变CPR谱的幅度上的界限将分别通过LiteBIRD、SO和CMB-S4-like/PICO减小1、2和3个数量级。我们讨论了预测CPR边界的赝标量场，原始磁场（PMF），违反洛伦兹不变性的影响。我们发现CMB-S4-like和PICO可以将标度不变PMF振幅上的1 $σ$束缚从1 nG降低到0.1 nG，同时还探测了银河系的磁场。它们也将显著改善轴子-光子耦合的边界，对弦论轴子施加严…
2019-07-10 astro-ph.CO hep-ph
Quantum coherence of photons at cosmological distances
我们从宇宙学的角度确定了$U(1)$规范玻色子退相干的潜在来源。除了与宇宙介质中不同物种的相互作用外，我们还考虑了由于宇宙膨胀而产生的效应，这种效应可以产生粒子（特别是标量），而这些粒子可以与处于量子态的光子相互作用。在我们的分析中，我们特别关注类轴子粒子及其预测的衰变通道的情况。这些相互作用被证明有一个可以忽略不计的影响，只要退相干去。与CMB辐射或通过汤姆逊散射的相互作用率很小，因此星际介质仍然是最大的退相干因素。因此，量子隐形传态实验的光子能量在$1$ - $10$ keV的范围内，应该是可行的宇宙学距离的星系形成时代或超越（$z \sim 100$）。
2021-07-14 astro-ph.CO hep-ph
Upcoming searches for decaying dark matter with ULTRASAT ultraviolet maps
本文提出利用GALEX和ULTRASAT紫外巡天与DESI光谱巡天的交叉关联，重建紫外EBL红移演化，从而将衰变暗物质衰变率探测能力提升至10^{-26} s量级，并将ALP-光子耦合约束提高一个数量级以上。
2025-03-08 astro-ph.CO hep-ph
INTEGRAL, eROSITA and Voyager Constraints on Light Bosonic Dark Matter: ALPs, Dark Photons, Scalars, $B-L$ and $L_{i}-L_{j}$ Vectors
本文利用INTEGRAL 511 keV谱线、eROSITA X射线连续谱和Voyager正负电子能谱数据，系统限制ALPs、暗光子、标量粒子及$B-L$和$L_{i}-L_{j}$矢量玻色子等轻玻色子暗物质的衰变寿命与耦合，并给出HERA 21 cm搜寻的未来预期。
2025-07-17 astro-ph.HE hep-ph
Probing Axion-Photon Mixing with High-Resolution X-ray Spectroscopy
National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences (NAOC)（中国科学院国家天文台）；High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构）；Department of Astronomy, Tsinghua University（清华大学天文学系）；Theory Center, Institute of Particle and Nuclear Studies (IPNS), High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构粒子核研究研究所理论中心）；Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI)（综合研究大学院大学）；Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI), The University of Tokyo Institutes for Advanced Study, The University of Tokyo（东京大学宇宙物质量子物理学前沿研究中心）
本研究针对超轻类轴子粒子（ALPs）的探测需求，预测了三类天体系统中ALP-光子转化效应，评估了XRISM等X射线任务的探测灵敏度，证实高分辨率X射线观测可拓展ALP耦合参数探测空间，助力超出标准模型的物理研究。
2026-10-30 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Constraints on the fuzzy dark matter mass window from high-redshift observables
本研究整合 UVLF、类星体、Planck 与 HERA 等高红移观测，并借助耦合 AxiCLASS/21cmFAST 的机器学习贝叶斯流程，显著收紧了 $10^{-26}$–$10^{-23}\\,\mathrm{eV}$ 轴子 FDM 的丰度约束。
2025-01-08 astro-ph.CO hep-ph
