通过 CMB 偏振探测类轴子粒子

类轴子粒子 (ALPs) 通过 ALP-光子耦合使光子的线偏振发生旋转，并将宇宙微波背景 (CMB) 的 $E$-模转换为 $B$-模。我们假设 ALP $\phi$ 具有二次势 $V=m^2\phi^2/2$，推导了 ALP 动力学与旋转角之间的关系。我们计算了当前及未来 CMB 观测对 ALP-光子耦合 $g$ 的灵敏度，对于 $10^{-32}\,\mathrm{eV}\lesssim m\lesssim 10^{-28}\,\mathrm{eV}$ 可达到 $g=4\times 10^{-21}\,\mathrm{GeV}^{-1}$，并在任意质量 $m\lesssim 10^{-25}\,\mathrm{eV}$ 下广泛超越其他搜寻结果。我们发现，先前研究中所忽略的观测者处 ALP 场的涨落可引起 CMB 偏振的显著各向同性旋转。各向同性与各向异性旋转的测度使我们能够对相关量如 ALP 质量 $m$ 与 ALP 密度参数 $\Omega_\phi$ 给出界限。特别地，若 LiteBIRD 探测到各向异性旋转，我们得到对张标比的下界为 $r > 5 \times 10^{-9}$。