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Magnicon产品在用铁磁体搜索轴子状暗物质(Search for axion-like dark matter with ferromagnets)的应用

介绍:

          80多年来积累起来的天文学证据表明,宇宙中只有六分之一的物质是由我们理解其性质的基本粒子组成的[1,2]。暗物质的存在构成了超越标准模型的新基本粒子和相互作用的令人信服的证据。由于它只是通过其引力效应来观察的,因此存在广泛的暗物质候选者。弱相互作用的大质量粒子(WIMP)是激发了大量复杂性和规模不断增加的超敏感实验的候选者,但到目前为止还没有明确的检测,基本背景(中微子底)将很快开始限制直接WIMP搜索的敏感性[2-4]。另一个动机良好的暗物质候选者是轴子,它也为量子色动力学的强CP问题提供了令人信服的解决方案[5-9]。轴子和其他轻的伪标量玻色子(类轴子粒子,ALPs)自然地出现在高能物理的理论模型中,包括弦理论、大统一理论和具有额外维度的模型[9,10]。天体物理学观测对ALPs产生了许多严格的限制,但也为它们的可能存在提供了一些诱人的暗示[2]。其中一个这样的暗示是宇宙对TeVγ射线太透明的观察。这些射线是从遥远的活跃星系核发出的,在它们到达我们银河系的过程中,通过成对产生,应该会被红外背景辐射显著衰减[11]。与观察到的TeV伽马射线源能谱的张力可以通过光子-ALP混合诱导伽马射线转换为轴子来解释,轴子不受星际空间的影响,并在银河系中转换回伽马射线[12]。

          轴子和ALP的实验搜索依赖于关于它们与标准模型粒子的相互作用之一[9,13-15]。迄今为止,大多数实验都集中在轴子-光子相互作用上,这种相互作用可以在强磁场的存在下将光子与轴子和ALP混合。转换率随磁场和体积而变化,因此实验采用大磁场和体积以获得更好的灵敏度[16]。这种效应已被用来对实验室[17]或太阳[18]中产生的ALP的耦合施加严格的限制。在µeV质量范围内对轴子暗物质的几次搜索使用了在强磁场渗透的高质量因子腔内共振转换成单色微波光子的技术[19]。ADMX实验已经达到了足以搜索质量在2.66和2.81µeV之间的暗物质轴子的灵敏度水平,并且排除了这个质量范围内由似是而非的模型预测的QCD轴子光子耦合[20]。许多基于腔的轴子暗物质搜索正在开发中或已经在探索ALP质量高达约30µeV[19,21,22]。为了搜索与光子耦合的低质量轴子和ALP,可以使用集总元件电路[23-27]。这个概念是基于对麦克斯韦方程组的修改:在存在大的静态磁场f ield B的情况下,轴子状暗物质充当振荡磁场的源,其幅度与B成正比[28,29]。

45.Magnicon产品在用铁磁体搜索轴子状暗物质的应用.pdf


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