arXiv:2203.07242v1 [hep-ex] 2022 年 3 月 14 日__

arXiv:2203.07242v1 [hep-ex] 2022 年 3 月 14 日

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arXiv:2203.07242v1 [hep-ex] 2022 年 3 月 14 日

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迄今为止，所有暗物质 (DM) 存在的证据都是通过其与可见物质的引力耦合获得的。另一方面，迄今为止所有对暗物质的直接探测搜索都必须假设与标准模型存在一些额外的耦合，例如 WIMP 的弱核耦合，或轴子的胶子/光子耦合。一个明显可取的目标是直接通过其引力耦合来搜索粒子 DM。最近，有人提出，通过地面实验 [1–3] 可以实现纯引力直接探测策略，尽管这非常具有挑战性。这一想法利用了光学或微波光机械传感设备的量子读出和控制方面令人难以置信的快速进展 [4–6]。这些设备已被证明是一个有前途的平台，可用于搜索大量暗物质候选者 [7]，涵盖超轻 [8–11]、轻 [12] 以及 WIMP 级和更重的质量范围 [13]。特别是，参考文献 [14]。 [3] 表明，由至少 10 6 个机械传感器组成的大型阵列，每个传感器的质量在克级左右，可以对质量在普朗克尺度 m Pl ≈ 2 × 10 18 GeV ≈ 4 µg 左右的暗物质的引力特征敏感。有关这些超重暗物质候选者的概述，请参阅 Snowmass 2021 社区白皮书 [14]。在这份 Snowmass 白皮书中，我们概述了一项新兴的实验工作，我们将其称为 Windchime 项目，以开发此类暗物质探测器。核心计划是并行构建和操作许多量子限制机械加速度计阵列。这样的系统将能够独特地搜索大量有趣的信号，而引力暗物质探测是一个非常长期的目标。需要进行许多技术开发，涉及四个关键方面：热隔离、低于标准量子极限的量子测量噪声、传感器数量及其读数的扩展以及来自许多探测器的连续数据流的数据处理和分析技术。在开发这些技术的过程中，将实现许多短期物理机会，并且除了寻找暗物质之外，研发计划还将有大量应用。我们概述了技术挑战、物理机会、我们目前的努力以及实现长期计划的途径。

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