类轴子粒子在平滑化类畴磁场中的行为

基本上，在某些情况下，类轴子粒子（ALPs）通过光子-ALP 振荡机制显著增强远处源发射光束的光子存活概率 $P_{\gamma \to \gamma} ({\cal E})$（${\cal E}$ 表示能量）。但为使此机制生效，必须存在外磁场 ${\bf B}$。在若干情形下 ${\bf B}$ 被建模为具有“锐边”的类畴网络：所有畴具有相同尺寸 $L_{\rm dom}$（由 ${\bf B}$ 相干长度设定）与相同强度 B，但 ${\bf B}$ 的方向在相邻畴间随机且突变。这显然是一种高度数学理想化，其中 ${\bf B}$ 的分量在边界处不连续（故得名锐边）。因此非常期望更进一步，弄清当边界被平滑化——即 ${\bf B}$ 的突变被平滑变化替代——时会发生什么。此外，当光子-ALP 振荡长度 $l_{\rm osc}$ 变得与 $L_{\rm dom}$ 相当或更小时，此步骤变得势在必行，因为此时光子存活概率 $P_{\gamma \to \gamma} ({\cal E})$ 关键依赖于畴形状。本文中我们提出前述 ${\bf B}$ 类畴结构的平滑化版本以纳入上述变化，并推导出其含义。即便在当下情形，我们也能解析且精确地求解单个平滑化畴内的光子/ALP 光束传播方程，从而精确算出相应的 $P_{\gamma \to \gamma} ({\cal E})$。鉴于新一代伽马射线探测器，我们的结果尤为重要，因为在此情形下 $l_{\rm osc} \lesssim L_{\rm dom}$ 恰发生于 TeV 能标之上。