轴子背景下的轴子力

轴子由于其近似位移对称性的保护，天然可以非常轻微。由于其偶极标量性质，轴子在树层级通过交换介导的长程力是旋向依赖的，这不能导致两个未极化宏观物体之间的可观测效应。在一圈层次上，然而，两轴子交换可介导旋向无关的力。这种力在轴子背景的存在下受到一致性增强。在本工作中，我们研究了在通用轴子背景中对两轴子交换力的影响。我们发现，轴子位移对称性的破坏在决定该力方面起关键作用。背景引起的轴子力$V_{\rm bkg}$在位移对称性恢复极限下消失。当位移对称性被显式地通过非微扰效应或有效地通过轴子背景所破坏时，$V_{\rm bkg}$按$1/r$比例缩放，并且可以通过大量背景轴子占据数进一步增强。我们研究了在两种不同情景下探测这一效应的可能方法：轴子暗物质背景和太阳轴子通量，分别使用第五力搜索和原子光谱实验。在轴子暗物质情况下，我们发现背景引起的轴子力可以对轴子耦合和质量施加强大的约束，相当于现有的天体物理约束。