超轻粒子的天体物理搜寻

粒子物理标准模型是一个 $SU(3)_c\times SU(2)_L\times U(1)_Y$ 规范理论，能够解释粒子间的强、弱和电磁相互作用。引力相互作用由爱因斯坦的广义相对论描述，后者是一种经典的引力理论。这些理论能够以极高的精度解释自然界所有四种基本力。然而，研究超出粒子物理标准模型和爱因斯坦广义相对论的物理存在若干理论与实验动机。利用超轻粒子探测这些新物理情景具有其重要性，因为它们可能是暗物质的候选者，能够规避暗物质直接探测实验的限制并解决宇宙的小尺度结构问题。在本文中，我们考虑轴子和规范玻色子作为轻粒子，以及通过天体物理观测对它们进行的可能搜寻。具体而言，我们从致密双星的轨道周期损失、引力光线偏折和 Shapiro 时间延迟获得对超轻轴子的限制。我们还从引力波的间接证据以及行星的近日点进动推导出对超轻规范玻色子的限制。此类观测也可限制若干粒子物理模型，文中对此进行了讨论。