Searching for axion-like particles through CMB birefringence from string-wall networks
类轴子粒子（ALP）可以形成宇宙弦和畴壁的网络，这些网络在复合后存活，并导致宇宙微波背景（CMB）的各向异性双折射。除了研究宇宙弦，我们澄清和强调ALP场域壁的形成如何影响宇宙双折射信号，这些观测提供了一种独特的方式探测ALP的范围内的质量$3H_0 \lesssim m_a \lesssim 3H_{\rm cmb}$。使用测量CMB双折射从几个望远镜，我们没有发现轴缺陷引起的各向异性双折射的CMB的证据。我们提取的模型参数，包括ALP质量$m_a$，ALP-光子耦合$\mathcal{A} \propto g_{aγγ} f_a$，域壁数$N_{\rm dw}$，和参数表征的弦壁网络中的缺陷的丰度和大小的约束。考虑到最近的证据，各向同性CMB双折射，我们发现很难适应这与非检测各向异性双折射的假设下，信号是由ALP缺陷网络产生的。
2022-08-17 astro-ph.CO hep-ph
CMB Birefringence from Axion String Networks Calibrated to an AMR Simulation
Rice University（莱斯大学）
本文通过AMR模拟校准轴子弦网络的环交叉模型，预测CMB双折射，结合观测约束电磁异常系数，排除最小大统一理论预测，并探讨其对各向同性双折射证据的意义。
2026-08-26 astro-ph.CO hep-ph
Detection of isotropic cosmic birefringence and its implications for axion-like particles including dark energy
通过分析普朗克2018年的偏振数据，我们研究了具有不同势能的类轴子粒子（ALP）解释最近报道的各向同性双折射的可能性。对于二次势和余弦势，我们得到了产生所观察到的双折射的ALP的质量、与光子的耦合常数$g$、丰度和状态方程的下界。特别是当ALP是暗能量的来源时，可以通过宇宙双折射来探测暗能量状态方程与$-1$之间的微小偏差。我们还探讨了作为早期暗能量（EDE）的ALP，它解释了哈勃望远镜的张力问题。由于其他参数受到EDE要求的限制，我们将ALP-光子耦合缩小到$10^{-19}\, {\rm GeV}^{-1}\lesssim g\lesssim 10^{-16}\, {\rm GeV}^{-1}$，以获得衰减常数$f=M_\mathrm{pl}$。因此，哈勃张力和各向同性双折射意味着$g$通常是$f^{-1}$的数量级，这是一个非平凡的巧合。
2021-05-18 astro-ph.CO hep-ph
Implications of the Cosmic Birefringence Measurement for the Axion Dark Matter Search
我们表明，最近的宇宙双折射效应的约束，由于暗能量可以与约束的耦合的轴子暗物质的光子，依靠一个简单的模型的两个轴子对齐机制与周期性的潜力。由于电势的排列，两个场的一个线性组合提供了一个几乎平坦的方向，并作为暗能量，而另一个组合提供了一个陡峭的方向，并作为暗物质。这个方案解决了已知的暗能量单场模型的概念问题，并预测了我们宇宙暗区上看似不同的约束之间的联系。
2022-10-10 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Cosmic Birefringence from CP-Violating Axion Interactions
本研究提出带CP破坏耦合的超轻轴子可通过核子密度源项稳定产生宇宙CMB偏振面旋转的双折射信号，利用Planck和WMAP数据将相关相互作用的约束提升最高三个数量级，并探讨了模型紫外完备化与避免精细调节的方案。
2024-08-12 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Measures of non-Gaussianity in axion-string-induced CMB birefringence
本文研究了轴子弦诱导的宇宙微波背景双折射的非高斯性，利用峰度和双谱技术量化了 4 点和 3 点关联函数，指出非高斯性测量有助于区分新物理源并打破轴子-光子耦合与弦网络性质间的简并性。
2023-09-18 astro-ph.CO
Isotropic cosmic birefringence from string axion domain walls without cosmic strings, and DESI results
本文提出弦轴子畴壁在复合后形成可解释 ACT 等观测到的各向同性宇宙双折射，且山顶轴子的非谐效应可贡献暗能量并联系 DESI 结果。
2025-09-02 astro-ph.CO hep-ph
Conversations in the dark: cross-correlating birefringence and LSS to constrain axions
本研究首次提出通过超轻轴子诱导的各向异性宇宙双折射与大尺度结构的互相关方法，结合Euclid及CMB偏振数据约束轴子参数，发现低质量轴子下该探针信噪比优于双折射自相关，且可用于探测再电离时期的双折射信号。
2024-11-04 astro-ph.CO hep-ph
Cosmic Birefringence from the Axiverse
本文通过构建轴子参数概率密度函数研究宇宙双折射角分布，约束轴子宇宙统计性质，并提出双折射层析成像方法以排除简单轴子宇宙模型。
2023-09-25 astro-ph.CO
Stairway to Axions: the cross-correlation of birefringence and galaxies from NPIPE and Quaia
本文首次测量了普朗克NPIPE偏振与Quaia类星体星系计数的双折射-星系互相关，结果与零假设一致，并在早期暗能量模型中对轴子-光子耦合给出了超轻质量区间前所未有的上限约束。
2025-09-26 astro-ph.CO hep-ph
Testing charge quantization with axion string-induced cosmic birefringence
本文提出利用散射变换分析宇宙微波背景偏振旋转，直接测量Peccei-Quinn-电磁反常系数$\mathcal A$，打破传统功率谱分析中的参数简并，从而检验电荷量子化并探索超越标准模型的新物理。
2023-06-20 astro-ph.CO hep-ph
Extracting Axion String Network Parameters from Simulated CMB Birefringence Maps using Convolutional Neural Networks
本研究构建模拟流水线并训练球面卷积神经网络，从模拟CMB双折射图中提取轴子弦网络参数，证明其优于两点统计量，并评估了CMB-S4级噪声对参数估计的影响。
2025-03-05 astro-ph.CO
Cosmological Birefringence and the Geometric Phase of Photons
关于轴子电动力学在背景平坦FRW宇宙，我们表明，宇宙学双折射产生于绝热非循环几何相位，出现在光子的量子态，因为它们与轴子场的相互作用。我们还表明，轴子电动力学是等效的标准电动力学的时间依赖性双各向同性的磁电Tellegen媒体，它作为一个模拟系统，可以模拟宇宙学双折射。
2019-08-09 astro-ph.CO gr-qc
Cosmic Birefringence and Electroweak Axion Dark Energy
以最近报道的宇宙微波背景线极化$β=0.35\pm0.14{\rm\, deg}$的非零旋转角作为一个伪Nambu-Goldstone玻色子精髓暗能量（DE）的线索，研究了由EW瞬子产生轴子质量的EW轴子精髓DE模型.我们发现，$β$的观测值意味着一个非平凡的$U(1)$电磁异常系数（$c_γ$），一旦电流约束的DE状态方程也考虑在内。借助于实验推断的$c_γ$激发的模型的假设高能结构，该模型被证明能够对当前状态方程（$w_{\rm DE,0}$）的精华DE作出预测。这有望使我们的方案与宇宙学常数（$w=-1$）相比是可区分的，并且当未来测量$w_{\rm DE,0}$的误差降低到$\mathcal{O}(1)\%$水平（$δw=\mathcal{O}(10^{-2})$）时，我们的方案是可检验的。
2021-06-23 astro-ph.CO hep-ph
Interpreting Cosmic Birefringence and DESI Data with Evolving Axion in $Λ$CDM
针对宇宙观测与标准$\Lambda$CDM模型的矛盾，提出基于动力学轴子场的统一框架，可同时解释宇宙双折射与暗能量状态方程偏离，参数自然且契合观测数据。
2025-08-01 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Probing Axions through Tomography of Anisotropic Cosmic Birefringence
本文首次对各向异性宇宙双折射进行层析处理，通过考虑复合与再电离时期光子并修改CLASS代码研究轴子场，发现轴子质量增加会增强各向异性幅度，且低多极矩下再电离贡献超过复合贡献，为探测轴子性质提供了新工具。
2023-05-12 astro-ph.CO
Optical properties of dynamical axion backgrounds
本文讨论了轴子或轴子-等离子体背景中光的光谱畸变、时间延迟和光的折射。这涉及到求解与哈密顿光学系统相关的全套测地线方程，使我们能够自洽地考虑光子的动量、频率和位置的演化。我们支持我们的论点与解析近似和完整的数值解。值得注意的是，引入等离子体增强了对轴子诱导双折射的敏感性，即使在发射点或检测点不存在轴子背景时，这些效应也可以在轴子-光子耦合中以线性顺序发生。这表明当背景折射率与1不同时，轴子诱导的双折射一般增强。
2019-11-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Planck Constraints on Axion-Like Particles through Isotropic Cosmic Birefringence
The University of Tokyo（东京大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；Tohoku University（东北大学）
普朗克数据限制了由轴子类粒子引起的各向同性宇宙双折射，排除了特定质量范围的ALP模型参数。
2025-12-02 astro-ph.CO
Axion Dark Matter Induced Cosmic Microwave Background $B$-modes
众所周知，几乎无质量的宇宙学轴子场的等曲率扰动可以导致宇宙微波背景（CMB）中的$E$模式偏振旋转为$B$模式偏振，这是由于场与电磁拓扑密度的奇偶违反耦合，导致称为各向异性宇宙双折射的现象。在这封{ \em Letter}中，我们提出了一个由暗物质绝热密度扰动引起的各向异性宇宙双折射的新来源。如果暗物质是携带与光子耦合的超轻轴子，其绝热密度涨落将诱导具有蓝倾斜旋转功率谱的各向异性宇宙双折射，从而产生亚度角尺度的CMB $B$模式偏振。使用当前的POLARBEAR和SPTPPol $B$模式偏振数据，我们导出了对轴子-光子耦合强度（$β$）和轴子质量（$m$）的约束，$β^2 (10^{-22}{\rm eV}/m)^2 < 8\times 10^{15}$。结果表明，双折射$B$模式可以占主导地位的CMB透镜$B$模式在高$l$，表现为多余的功率$l>1500$在未来的CMB透镜$B$模式搜索。此外，我们推导出透镜旋转互相关，可以是一个潜在的测试本模型。
2017-02-25 astro-ph.CO
Power spectrum of domain-wall network and its implications for isotropic and anisotropic cosmic birefringence
最近，基于对普朗克卫星数据的新分析，已经报道了宇宙微波背景光子的偏振的均匀旋转的暗示，称为各向同性宇宙双折射。所建议的偏振旋转角约为$0.2-0.4$度，这强烈表明它是由精细结构常数决定的，这可以在很宽的参数范围内由轴子状粒子的畴壁自然地解释。有趣的是，类轴子粒子畴壁不仅预测各向同性的宇宙双折射，但也各向异性的，反映了类轴子粒子场的空间分布上的最后散射表面。在这封信中，我们进行了膨胀宇宙中畴壁的形成和演化的晶格模拟，并首次获得了构成畴壁的标量场的两点关联函数和功率谱。我们发现，虽然功率谱一般是一致的分析预测的基础上随机壁分布，有一个占主导地位的过剩的规模对应的哈勃半径。应用我们的结果各向异性的宇宙双折射，我们预测的功率谱的旋转角诱导的类轴子粒子畴壁，并表明它是在未来的观测范围内的宇宙微波背景。
2022-05-22 astro-ph.CO hep-ex hep-lat
Prospects for Axion Dark Matter Searches at LISA-like Interferometers
本文提出修改LISA-like干涉仪星间激光链路偏振态以探测axion暗物质诱导的双折射效应，利用Sagnac组合推导灵敏度，发现下一代空间干涉仪对$10^{-19} - 10^{-14}~\ ext{eV}$质量的axion-光子耦合具有高灵敏度。
2025-04-03 astro-ph.CO hep-ph
Searching for axion-like particles under strong gravitational lenses
我们建立了强引力透镜系统作为类轴子粒子（ALP）的强大探针-暗物质的候选者。光子与ALP的微小相互作用引起双折射。多重图像的引力透镜偏振对象允许差分双折射测量，减轻系统学和天体物理学的依赖性。我们将这种新的方法应用于B1152+199类透镜系统，并约束ALP-光子耦合$\le 9.2\times 10^{-11}\, {\rm GeV}^{-1} \textrm{ to } 7.7\times 10^{-8}\, {\rm GeV}^{-1}$（$95\%$ C.L.）$3.6\times 10^{-21} \,{\rm eV}$和$4.6 \times 10^{-18} \,{\rm eV}$之间的ALP质量。更大的样本将改善约束。
2020-07-10 astro-ph.CO hep-ph
Cosmic Birefringence Triggered by Dark Matter Domination
如果类轴子粒子（ALP）在复合后运动，则会产生宇宙双折射。我们表明，这自然会发生，如果ALP耦合到暗物质密度，因为它然后获得一个大的有效质量后，物质辐射的平等。我们的方案适用于ALP质量$m_ϕ\lesssim 10^{-28}$ eV的广泛范围，甚至小于目前的哈勃常数。我们给出了一个简单的模型来实现这种情况下，暗物质是由隐藏的单极子，这给了ALP这样一个大的有效质量，通过威滕效应。如果ALP衰减常数是GUT尺度的数量级，则该机制起作用，而无需微调初始失准角。对于较小的衰变常数，隐藏的暗物质可以是暗物质的一小部分。我们还研究了对QCD轴子的影响，并表明，畴壁问题可以解决的有效质量。
2021-03-15 astro-ph.CO hep-ph
Search for ultra-light axions with CMB polarization
本文研究了通过CMB偏振测量宇宙双折射来搜寻超轻类轴子粒子，指出若近期约0.3度的双折射信号被证实，仅凭CMB数据即可严格限制极低质量与高耦合常数下的ALP参数空间。
2023-04-07 astro-ph.CO
CMB Birefringence from Vacuum Interfaces
University of California Davis（加州大学戴维斯分校）
研究通过真空界面相位机制解释宇宙微波背景偏振旋转，无需超轻轴子，揭示真空结构对暗物质的影响。
2026-07-31 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Searching for axions with time resolved pulsar polarimetry
Durham University（杜伦大学）
通过时间分辨脉冲星偏振观测，研究轴子-光子耦合强度限制，展示时间分辨脉冲星双折射在轴子搜索中的潜力。
2026-05-09 astro-ph.CO hep-ph
Probing cosmic birefringence with polarized Sunyaev-Zel'dovich tomography
如果暗能量和/或暗物质背后的物理违反了标准宇宙学范式中假设的宇称对称性，则宇宙微波背景（CMB）光子的线性偏振可以由于它们与暗扇区的耦合而旋转。最近的3个$σ$暗示了CMB偏振的EB光谱中的“宇宙双折射”，这促使我们追求新的方向来独立验证和表征信号。在这里，我们探讨的前景探测宇宙双折射的小尺度波动的CMB使用偏振Sunyaev-Zel 'dovich（pSZ）断层扫描。我们发现，pSZ可以用来推断宇宙双折射的红移依赖性，也有助于校准仪器的偏振方向。为了说明前景，我们表明，pSZ断层扫描可以探测类轴子暗能量模型与质量$m_ϕ\lesssim 10^{-32}$ eV与$\mathcal{O}(0.1)$度之间的再电离和重组的旋转。
2022-11-06 astro-ph.CO hep-ph
Detectability of axion-like dark matter for different time-delay interferometry combinations in space-based gravitational wave detectors
University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）
研究不同时间延迟干涉仪组合在空间引力波探测器中对轴子类暗物质的探测灵敏度，发现Monitor和Beacon组合在高频范围更优，Sagnac组合在低频范围更优，ASTROD-GW可探测到质量低至10^-20 eV的轴子类暗物质。
2026-04-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Observational evidence for Early Dark Energy as a unified explanation for Cosmic Birefringence and the Hubble tension
本文通过CMB的EB模式观测和局部膨胀率测量，检验了n=3超轻类轴子EDE模型，发现其能同时拟合观测数据并提供统一解释宇宙双折射与哈勃张力的首个证据。
2024-12-31 astro-ph.CO
Cosmic Birefringence by Dark Photon
本文研究了CMB光子与双折射暗光子间的动力学混合，发现该机制使暗光子的双折射传播至CMB光子并产生各向异性，同时揭示了动力学混合在生成CMB圆偏振和谱畸变中的关键作用。
2024-08-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Birefringence tests of gravity with multi-messenger binaries
提出多信使方法，利用双中子星并合射电喷流约束引力波偏振，检验广义相对论扩展中的振幅与速度双折射，并预测未来探测器可精确约束速度双折射参数。
2024-02-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Inflationary Birefringence and Baryogenesis
十年前，第一个基于暴胀的轻子生成模型被提出，其中暴胀子场的复相位携带轻子数。如果暴胀子场是一个轴子，它可以通过耦合到引力波和规范场。陈-西蒙斯不变量由于这些耦合，双折射引力和规范原始扰动在暴胀过程中产生轻子不对称，建立了非零TB宇称违反极化互相关和轻子生成之间的可能联系。我们还讨论了这些模型的一个子集的前景可以直接源圆（V模式）偏振的CMB。
2016-04-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Axion clouds may survive the perturbative tidal interaction over the early inspiral phase of black hole binaries
引力波观测具有探测超轻玻色子场（如轴子）的潜力。轴子通过超辐射不稳定性在旋转黑洞（BH）周围形成云，并对黑洞的引力波形产生影响。另一方面，考虑到云与BH在一个双系统，潮汐相互作用消耗云在某些情况下，在螺旋阶段。我们做了详尽的研究云耗尽数值在一个广泛的参数范围内的等质量的双星，假设只有四极潮汐扰动是在工作中。我们发现，只有当$l=1$模式是增长最快的模式，并且双星轨道在非相对论性参数区域是反向旋转时，云才能避免由于潮汐效应而消失。
2021-08-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Computing Microwave Background Polarization Power Spectra from Cosmic Birefringence
我们提出了一个新的公开可用的代码，$\texttt{class_rot}$，修改$\texttt{class}$，使快速非微扰计算的宇宙微波背景偏振功率谱由于各向同性和各向异性偏振旋转宇宙双折射。宇宙双折射可以由新的宇称违反物理学产生，如轴子暗物质与光子的陈-西蒙斯耦合或由于原始磁场引起的法拉第旋转。通过将测量结果与偏振功率谱的精确数值计算进行比较，可以获得对这些效应的约束。我们描述的实施$\texttt{class_rot}$的数学形式主义和编码架构。我们还提供了使用示例，并通过与模拟比较来证明代码的准确性。
2021-11-28 astro-ph.CO
A New Probe of Cosmic Birefringence Using Galaxy Polarization and Shapes
本文提出利用旋涡星系射电极化方向与视形状的相关性构建无偏最小方差估计器，以测量宇宙双折射并探测轴子引起的宇称破坏，SKA 巡天数据有望达到与 CMB-S4 相当或更优的灵敏度。
2025-04-08 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Distinguishing the origin of cosmic birefringence: dark energy, dark matter, and neutrino asymmetry
Shanghai University（上海大学）；Asia Pacific Center for Theoretical Physics（亚太理论物理中心）；Max Planck Institute for Astrophysics（马克斯·普朗克天体物理学研究所）；Ludwig-Maximilians-Universitat München（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学）；Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU, WPI), UTIAS, The University of Tokyo（东京大学宇宙物质与引力起源研究前沿机构（ Kavli 宇宙物理数学研究所））
本文通过计算EB功率谱，区分宇宙双折射的不同起源（暗能量、暗物质、中微子不对称性），发现暗能量无低多极抑制，可用于区分，并利用重组期演化特征区分中微子与轴子暗物质。
2026-10-05 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Hunting Galactic Axion Dark Matter with Gravitationally Lensed Fast Radio Bursts
本文提出利用引力透镜快速射电暴多像的差分双折射测量探测银河系轴子暗物质，可在SKA时代以单个系统将轴子-光子耦合约束至7.3×10^-11 GeV^-1。
2023-12-21 astro-ph.CO
Probing Axions with Relativistic Jet Polarimetry
Rice University（莱斯大学）；Black Hole Initiative at Harvard University（哈佛黑洞倡议项目）；Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics（哈佛-史密森尼天体物理中心）；University of Texas at San Antonio（德克萨斯大学圣安东尼奥分校）
利用M87喷流偏振度探测轴子，通过分析轴子-光子耦合引起的双折射效应，研究不同轴子质量对喷流偏振角旋转的影响。
2026-03-03 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Cosmic Birefringence Test of the Hubble Tension
最近提出了一种由宇宙伪南武-戈德斯通玻色子组成的早期暗能量成分，以解决哈勃张力-宇宙膨胀率精确测量之间的四西格玛差异。在这里，我们指出，这样的轴子类组件可能会耦合到电磁的陈-西蒙斯项，从而诱导各向异性的宇宙双折射信号的偏振的宇宙微波背景（CMB）。我们发现，观测的旋转角功率谱和互相关与CMB温度各向异性可以确认这种早期暗能量成分的存在。正如CMB-S4实验所预期的那样，未来的宇宙微波背景数据将使这种效应的灵敏度提高两个数量级，并有助于区分不同的哈勃张力场景。
2019-09-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmic birefringence tomography and calibration-independence with reionization signals in the CMB
本文提出利用 CMB 再电离与复合时期双折射角之差消除偏振角校准偏差，并结合多类探测实现双折射层析，预测 LiteBIRD 可测至约 0.05 度。
2021-08-20 astro-ph.CO hep-ph
Constraint on Early Dark Energy from Isotropic Cosmic Birefringence
本研究利用普朗克极化数据，首次约束了早期暗能量模型中的光子-轴子耦合常数g=(0.04±0.16)M_Pl^{-1}，表明预测的EB功率谱形状不受数据支持，对弦理论等基础物理有重要影响。
2023-08-30 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Axion cloud evaporation during inspiral of black hole binaries -- the effects of backreaction and radiation
超轻标量场如轴子可以通过超辐射不稳定性在旋转的黑洞周围形成云。为了通过引力波信号和黑洞质量和自旋参数的观测来探测云的存在，考虑与黑洞双星相关的云的演化是很重要的。我们重新检查的轴子云的影响，由于潮汐扰动的伴星在一个双系统考虑到以下几点。首先，我们研究了高阶多极矩的影响。其次，我们考虑了由于云和轨道运动之间的角动量转移的反作用。这种角动量转移通过几何形状的变化进一步引起对超精细分裂的反作用。最后计算了潮汐相互作用引起的粒子数向无穷远处的通量。结果发现，标量场不被黑洞重吸收。相反，标量粒子辐射远离蒸发在螺旋，无论方向的轨道运动，几乎相等质量的双星。
2022-03-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Induced Domain Walls of QCD Axion, and Gravitational Waves
提出重轴子与QCD轴子混合产生感应畴壁的新机制，解释暗物质并可能对应NANOGrav观测的引力波背景。
2024-10-11 astro-ph.CO hep-ph
The Atacama Cosmology Telescope: DR6 Constraints on Isotropic Time-Dependent Cosmic Birefringence from Axion-like Particles
Cornell University（康奈尔大学）；University of California, Riverside（加州大学河滨分校）；Cardiff University（卡迪夫大学）；University of Southern California（南加州大学）；University of Oslo（奥斯陆大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）；NASA/Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）
本研究利用阿塔卡马宇宙学望远镜DR6的CMB偏振数据，搜索类轴子粒子导致的时变宇宙双折射，未发现信号，在随机场假设下给出迄今最强的轴子-光子耦合约束，并开发了适配西蒙斯天文台的分析方法。
2026-10-15 astro-ph.CO
A New Solution for the Observed Isotropic Cosmic Birefringence Angle and its Implications for the Anisotropic Counterpart through a Boltzmann Approach
本文提出类轴子场在复合期近乎恒定演化的宇宙双折射新解，并首次通过广义玻尔兹曼方法处理各向异性宇宙双折射的时间演化，给出了自相关与互相关谱的预测值。
2024-10-08 astro-ph.CO
Axion Dark Matter Detection with CMB Polarization
指出了利用宇宙微波背景（CMB）极化测量寻找低质量轴子暗物质的两种方法。特别是，这些似乎是直接探测模糊暗物质的最有希望的方法。轴子暗物质使穿过它的光的偏振方向发生旋转，这在宇宙微波背景中产生了两种新的现象。首先，轴子场的后期振荡导致CMB偏振在整个天空中同相振荡。第二，轴子场的早期振荡洗掉了在最后散射时产生的极化，与标准预测相比，降低了极化分数（TE和EE功率谱）。由于轴子场是振荡的，普通的（静态的）“宇宙双折射”搜索不适合轴子暗物质。这两种现象可以用来寻找质量范围较轻一端的轴子暗物质，其范围超过当前限制的几个数量级。我们设置了一个限制，从冲洗效果使用现有的普朗克结果，并发现显着的未来发现的潜力，特别是CMB探测器搜索的振荡效应。
2019-07-30 astro-ph.CO hep-ph
Measuring Ultralight-Axion Coherence with Galaxy Polarization Correlations
The University of Tokyo（东京大学）
研究利用星系偏振旋转角的三维两点相关性测量超轻类轴子双折射场幅度及相干尺度，通过检测星系对相关性转折测特征动量尺度，幅度约束相关参数，对特定基准调查给出灵敏度等结果，提供了一种晚期探测方法。
2026-10-22 astro-ph.CO hep-ph
Searching for Axion Dark Matter with Birefringent Cavities
类轴子粒子是暗物质的一大类候选者，它们被认为是一种与光子弱耦合的相干经典场。用激光干涉仪对这些粒子的可探测性的研究最近揭示了一些有前途的实验设计。受这些想法的启发，我们提出了轴子检测与双折射腔（ADBC）实验，一个新的轴子干涉测量概念，使用一个腔，表现出其两个，线性偏振激光本征模之间的双折射。这个实验概念克服了目前文献中设计的几个局限性，并且可以实际上以具有可调谐反射镜角度的简单蝴蝶结腔的形式实现。因此，我们的设计增加了灵敏度的轴子光子耦合在很宽的范围内的轴子质量。
2019-07-30 astro-ph.CO hep-ph physics.ins-det
Impact of Anisotropic Birefringence on Measuring Cosmic Microwave Background Lensing
宇宙微波背景透镜的功率谱是约束中微子质量之和暗能量状态方程等基础物理的有力工具。目前的透镜测量主要来自微波背景温度场的失真，但偏振透镜信号将以更高的灵敏度主导即将到来的实验。宇宙双折射是指从最后一个散射面传播到我们这里的微波光子线偏振方向的旋转，它可以由类轴子暗物质或原初磁场等宇称违反物理所诱导。我们发现，对于即将到来的CMB-S4-like实验，如果存在与当前$95\%$上限相对应的幅度的尺度不变的各向异性双折射，则在小尺度下，测量的透镜功率谱可以被偏置到几个因子，$L\gtrsim 1000$。我们发现，偏置尺度与尺度不变的双折射谱的振幅呈线性关系。即使双折射振幅减小到当前上限的$\sim 5\%$，各向异性双折射贡献的信噪比也大于1。我们的研究结果表明，测量和表征的各向异性双折射是重要的透镜分析，在未来的低噪声偏振实验。
2023-01-17 astro-ph.CO
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
Searching for axion-like time-dependent cosmic birefringence with data from SPT-3G
超轻类轴子粒子（ALP）是引人注目的暗物质候选者，因为它们有潜力解决$Λ$ CDM预测和宇宙学观测之间的小尺度差异。轴子-光子耦合会在通过ALP场的线性偏振光子中引起偏振旋转;因此，当局部ALP暗物质场随时间振荡时，远处的静态偏振源将出现与ALP质量成比例的频率振荡。我们使用的宇宙微波背景从SPT-3G，南极望远镜上的电流接收器，设置上限的值的轴子光子耦合常数$g_{ϕγ}$的近似质量范围$10^{-22} - 10^{-19}$ eV，对应的振荡周期从12小时到100天。对于1 - 100天（$4.7 \times 10^{-22} \text{ eV} \leq m_ϕ\leq 4.7 \times 10^{-20} \text{ eV}$）的时间段，其中限值近似恒定，我们设定中位95% C. L。天空偏振旋转幅度的上限为0.071 °。假设暗物质由一个ALP物质组成，其局部暗物质密度为$0.3\text{ GeV/cm}^3$，这对应于$g_{ϕγ} < 1.18 \times 10^{-12}\text{ GeV}^{-1} \times \left( \frac{m_ϕ}{1.0 \times 10^{-21} \text{ eV}} \right)$。这些新的限值比使用相同效应设置的先前最强限值提高了约3.8倍。
2022-08-29 astro-ph.CO hep-ex
Axion-like Dark Matter Search with Space-based Gravitational Wave Detectors
School of Fundamental Physics and Mathematical Sciences, Hangzhou Institute for Advanced Study, UCAS（杭州高等研究院基础物理与数学学院，UCAS）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Key Laboratory of Particle Astrophysics, Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（高能物理研究所粒子天体物理重点实验室，中国科学院）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（理论物理研究所，中国科学院）
本文提出利用空间引力波探测器的光学基准改进，以检测轴子类暗物质引起的双折射，扩展了探测器的物理能力。
2026-01-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Probing Virtual Axion-Like Particles by Precision Phase Measurements
提出了一个基于非均匀磁场中轴子-光子相互作用的类轴子粒子探测实验。研究了虚偏振态对腔内光子偏振态的影响，提出了一种探测方案。我们发现，腔的正常模式是不同的分散，由于他们的耦合到ALP在存在的背景磁场。这种双折射又可以作为腔偏振模式之间的相位差来观察。对于压缩光源，信号被显著增强。我们认为，放大的信号允许排除一系列的轴子质量$6\times10^{-4}\text{eV}\lesssim m_{a}\lesssim 6\times10^{-3}\text{eV}$，即使在非常小的轴子光子耦合常数的潜力，达到灵敏度的QCD轴子。我们的计划允许排除一系列的轴子质量，尚未被其他实验技术所覆盖。
2022-06-19 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Is cosmic birefringence due to dark energy or dark matter? A tomographic approach
赝标量“类轴子”场$ϕ$可以解释在宇宙微波背景（CMB）偏振数据的$EB$功率谱中观察到的宇宙双折射的$3σ$暗示。$ϕ$是暗能量还是暗物质？层析成像方法可以回答这个问题。造成今天宇宙加速膨胀的暗能量场的有效质量必须小于$m_ϕ\simeq 10^{-33}$ eV。如果$m_ϕ\gtrsim 10^{-32}$ eV，则$ϕ$在再电离时期之前开始演变，并且我们应该在低（$l\lesssim 10$）和高多极子下从$EB$功率谱观察到不同量的双折射。这样的观测需要全天空的卫星任务，将排除$ϕ$是暗能量的可能性。如果$m_ϕ\gtrsim 10^{-28}$ eV，$ϕ$在复合时期开始振荡，在高多极的$EB$功率谱中留下明显的特征，这可以通过地面CMB观测精确测量。我们的层析成像方法依赖于$EB$功率谱的形状，并且对偏振角的误校准不太敏感。
2022-03-16 astro-ph.CO gr-qc
