用于高质量轴子暗物质探测的蜂巢型谐波计

我们提出了一种新的谐波计几何结构，能够在给定目标轴子质量下任意增加谐振腔体积。该几何结构由紧密排列、相互重叠的同轴腔组成，作为一个整体谐振腔运行。虽然谐振频率仍由各个“单胞”的尺寸决定，但单胞间的强相互作用促使整个“蜂巢”结构同相振荡，这是紧密耦合谐振子应有的现象。这种同步行为使得通过简单增加单胞数量即可构建高频下的单连通大体积谐振腔。利用直接数值模拟，我们验证了在169单元蜂巢谐振腔中存在具有高形状因子（40%）的全局本征模。该本征模的谐振频率可通过横向同步移动中心杆进行调节。由于强耦合导致的模式杂化，形状因子对尺寸偏差和错位具有极高的容忍度。蜂巢型谐波计继承了传统同轴腔的诸多优良特性：高品质因子、与螺线管磁体的兼容性、易于制造、调谐与耦合。我们论证了该几何结构是覆盖暴胀后参数空间（>5 GHz）高质量轴子搜索的极佳候选方案。