黑暗对话：交叉关联双折射与大尺度结构以约束轴子

阐明宇宙的暗物质部分是理论物理学的主要努力之一。在众多模型提出的候选方案中，轴子及轴子类粒子因其坚实的理论基础、在暗物质和暗能量中发挥重要作用，以及可能解决 $\Lambda$CDM 模型小尺度危机而居于突出地位。此外，这些准标量场通过柯南-斯蒂尔斯偏极违反项与电磁 Sector 相互作用，导致线性偏振波平面旋转，即称为宇宙双折射。我们探讨了轴子参数对各向异性双折射的影响，首次研究其与星系空间分布的交叉相关性，聚焦质量为 $10^{-33}\,{\rm eV}\le m_\phi\le10^{-28}\,{\rm eV}$ 的超轻轴子。通过这种新方法，我们在早期暗能量模型的框架下探讨了轴子质量 $m_\phi$ 和初始错位角 $\theta_i$ 之间的轴子参数空间，并约束了实现双折射交叉相关信号信噪比为 1 所需的轴子-光子耦合 $g_{\phi\gamma}$，其中使用了欧几里得和即将到来的 CMB 极化数据的仪器规格。我们的发现表明，对于质量小于 $10^{-32}\,{\rm eV}$ 且初始错位角绝对值大于 $\pi/4$ 的情况，信噪比不仅超过 1，而且还超过仅基于双折射自相关实现的信噪比（最多可达 7 倍），凸显了这种新探针的信息潜力。此外，鉴于这些低质量轴子的滞后演化，信号源自重联化时期，为选择该时期产生的双折射提供了绝佳工具。