原子的形状因子与轴子的逆 Primakoff 散射

我们重新考察了轴子的逆 Primakoff 散射，其散射截面依赖于靶原子中电子的分布。我们使用由相对论 Hartree-Fock 波函数计算得到的形状因子对其进行了评估，并与先前基于原子中静电场屏蔽库仑势所得的结果进行了比较。我们以氙作为靶原子示例，表明对于能量 $\lesssim O(10)$ keV（如太阳轴子）的轴子，散射截面被高估了超过一个数量级。还发现，当动量转移大小 $\lesssim 1$ keV 时，末态包含受激或电离原子的非弹性散射过程可与之相当甚至占主导。另一方面，对于能量更高的轴子，发现总散射截面可很好地由一个简单表达式近似，且几乎与原子结构无关。作为该结果的一个应用，我们考虑了能量为 10–100 MeV 的超新星轴子，并指出在未来中微子实验中，来自邻近超新星的轴子预计会发生 $O(1)$ 次逆 Primakoff 事件，这可能值得对该过程的搜寻策略进行更细致的研究。