现代物理学中暗物质(DM)的性质仍然难以捉摸。良好动机的DM候选者是光玻色粒颗粒。QCD轴是DM [1-5]的可行候选者,除了解决了强大的CP问题[6-8]。轴突样伪级颗粒[4,5](QCD轴的广义形式)和矢量颗粒(例如,暗或隐藏的光子)[9,10]是同样动机的DM候选者。这样的新粒子通常抑制了与标准模型的相互作用,但是可以将其用于在实验室中搜索它们[10-15]。Light DM也称为波浪状,与较重的尤其型DM候选相反。由于银河尺度上此类颗粒的占用人数很高,因此光DM表现为经典波。这样的DM背景可以建模为经典的随机场A 0cosðΩTÞK·xÞd[16],其中一个0¼的效果ρDMP = m DM是由DM密度ρDM和质量M DM给出的场振幅; j kj≃mdm v是波数; ϕ是一个随机阶段。随机场的振荡的特征频率主要由DM质量给出,并以动力学的校正为ω≃Mdm m m dm v 2 = 2,其中v〜10-3是银河系中的病毒速度。因此,光DM场在空间分离上是连贯的λc〜ðm dmvÞ -1和在天然planck单元中表达的时间尺度τc〜ðm dm v 2 - 1 [17]。正在进行几个实验程序,或提出了用于探测光DM的参数空间,并使用
a 法国里昂第一大学 IP2I,CNRS/IN2P3,IP2I-Lyon,F-69622 维勒班 b 法国皇后大学机械与材料工程系,加拿大安大略省金斯顿 K7L 3N6 c 法国皇后大学物理、工程物理与天文学系,加拿大安大略省金斯顿 K7L 3N6 d 法国格勒诺布尔-阿尔卑斯大学 LPSC,CNRS/IN2P3,38026 格勒诺布尔 e 法国皇家军事学院化学与化学工程系,加拿大安大略省金斯顿 K7K 7B4 f 加拿大阿尔伯塔大学物理系,加拿大艾伯塔省埃德蒙顿 T6G 2R3 g 法国巴黎萨克雷大学 IRFU,CEA,F-91191 伊维特河畔吉夫 h 法国劳伦森大学物理与天文学系,安大略省萨德伯里 P3E 2C6,加拿大 i SNOLAB,加拿大安大略省莱夫利 P3Y 1N2 j Arthur B. McDonald 加拿大天体粒子物理研究所,皇后大学,加拿大安大略省金斯顿 K7L 3N6 k SUBATECH,IMT-Atlantique/CNRS-IN2P3/南特大学,法国南特 44307 l 太平洋西北国家实验室,华盛顿州里奇兰 99352,美国 m 伯明翰大学物理与天文学院,英国伯明翰 B15 2TT n 塞萨洛尼基亚里士多德大学,希腊塞萨洛尼基 54124
即使实验被冷却至宇宙中最低的温度(约10 mk),并且使用Josephson参数放大器(JPA)来最大程度地减少噪声,但它们引入了基本噪声(SQL,标准量子量极限噪声)
斧头是量子染色体动力学(QCD)中强电荷(CP)问题的引人注目的解决方案,也是天体物理学和宇宙学中动机良好的暗物质候选者[1-7]。尽管轴质量m a与自发对称性破坏f a的能量尺度相关,但QCD本身并不限制m a或f a [8]。来自天体物理学和宇宙学的观察限制了m a〜10 - 6 - 103μEV[9-13]。轴支和标准模型之间的耦合强度取决于轴质量。对于给定的m a,有一系列与QCD兼容的轴轴耦合Gγ。该区域通常由两个基准QCD轴模型跨越Kim-Shifman-Vainshtein- Zakharov(KSVZ)模型[14,15]和Dine-Fischler-Srednicki-Zhitnitsky(DFSZ)模型[14,15] [16,17]。轴突状颗粒(ALP)具有光子耦合在QCD预测的范围之外的光子耦合也可以作为暗物质,尽管它们无法解决强大的CP问题[5]。
我们表明,由于(中)轴向异常,暗物质轴或轴突状颗粒(ALP)沿沿外部磁场的导体自发交替交流电流,从而意识到手性磁效应(CME)。我们提出了一个新的实验,以测量该电流以检测暗物质轴或ALP。这些诱导的电流是电子培养基效应,与轴突或ALP偶联与电子成正比,这取决于其显微镜物理。在实验设置中,一个由于CME引起的电流和真空电流的总和,这是由于异常的轴突耦合而导致的。与后者相比,CME电流通常是电子速度的一个因子,除非轴突或ALP偶联与电子的偶联比其与光子偶联以补偿Fermi速度抑制。但是,我们发现重新利用当前操作和计划的轴突卤素可能具有良好的敏感性来探测CME电流。
我们在冷和密集的夸克物质的两种颜色超导阶段中研究了量子染色体动力学的轴突的潜力。我们采用了nambu-jona-lasinio样模型。我们的相互作用包含两个术语,一个保存,一个打破u - 1Þ对称性:后者是轴与夸克的耦合的原因。我们介绍了两个夸克冷凝物H L和H r,分别描述了左撇子和右手夸克的冷凝;然后,我们研究热力学电势ω的最小值的基因座,在ðhl中; hrÞ平面,注意到激体诱导的相互作用如何在标量通道中的凝结时如何消失。增加θ我们找到了一个相变,标量凝结物旋转成伪尺度。我们在超导相中呈现拓扑敏感性χ的分析结果,该阶段均处于零和有限温度下。最后,我们计算轴突质量及其自耦合。特别是,轴质量M A与通过χ¼m2 a f 2 a的完整拓扑敏感性有关;因此,在高密度量子染色体动力学的超导相中,我们的χ结果给出了M A的分析结果。
轴轴和轴心般的颗粒是强烈动机的深色候选者,它们是许多当前基于地面的深色搜索的主题。我们介绍了轴线深色双重腔(ADBC)实验的第一个结果,该实验是一个光弓形腔,探测了电磁波的轴突诱导的双向反射性。我们的实验是可调且量子噪声限制的第一个光轴检测器,使其对广泛的轴突质量敏感。我们迭代探测了轴质量范围40。9 - 43。 3 nev = C 2,49。 3 - 50。 6 nev = c 2和54。 4 - 56。 7 nev = c 2,没有发现暗物质信号。 平均而言,我们在Gaγγ≤1的水平上限制了轴突样粒子和光子耦合。 9×10 - 8 GEV - 1。 我们还提出了使用光腔的未来斧头暗示意检测实验的前景。9 - 43。3 nev = C 2,49。3 - 50。6 nev = c 2和54。4 - 56。7 nev = c 2,没有发现暗物质信号。平均而言,我们在Gaγγ≤1的水平上限制了轴突样粒子和光子耦合。9×10 - 8 GEV - 1。我们还提出了使用光腔的未来斧头暗示意检测实验的前景。
图1:轴突搜索设置的示意图:(a)位于2T磁标中的卤代腔通过固定天线端口连接到检测器,并具有连接到纳米位置剂的三个蓝宝石杆的低温频率调谐。(b)SMPD是一种链条波导的超导电路,链接到transmon值位于磁体上方50 cm的位置,并通过标准同轴电缆连接。它的频率可通过将磁通穿过缓冲谐振器中的鱿鱼进行螺纹螺纹。激活四波混合过程后,量子循环通过光子检测阶段。(c)探测器中心频率在共振(红色)和离子(灰色)设置之间相对于降低模式下的Haloscope频率(蓝色)。(d)来自光子计数器显示的测量记录随着时间的流逝而单击,颜色表示检测器的频率设置。