用于低质量暗物质轴子探测的导线宽带电作用传感技术
仪器与探测器
2020-06-23 v3 天体物理仪器与方法
广义相对论与量子宇宙学
高能物理 - 实验
摘要
由于逆Primakoff效应,已表明当轴子与直流磁场B相互作用时,由此产生的电作用会产生以轴子康普顿频率振荡的交流电动势,并可建模为振荡的有效外加磁流边界源。我们利用该结果,采用准静态技术计算新实验对低质量轴子的灵敏度。首先,我们计算当直流B场空间恒定时在电偶极天线(直导导线)中感生的电流,并表明其灵敏度正比于轴子质量。此后,我们通过利用空间变化直流B场的全部范围扩展了拓扑。该扩展通过将一维导线变换为二维绕组实现,以完全链合有效磁流边界源,从而耦合到轴子诱导的全部电作用。此时导体变为线圈绕组,绕组两端感生电压随匝数成正比增加。我们研究两种不同拓扑:第一种采用单匝绕组,耦合绕组中产生的有效短路电流,并使用灵敏低阻抗SQUID放大器读出;第二种采用多匝绕组,每一匝使电压输出随匝数成正比有效增加。该配置的读出通过采用低温低噪声高输入阻抗电压放大器优化。最终得到一种新型宽带电作用传感技术,其灵敏度提升数个数量级,与轴子-光子耦合线性相关,并能探测QCD暗物质轴子。
引用
@article{arxiv.2004.06984,
title = {Broadband Electrical Action Sensing Techniques with conducting wires for low-mass dark matter axion detection},
author = {Michael Edmund Tobar and Ben T. McAllister and Maxim Goryachev},
journal= {arXiv preprint arXiv:2004.06984},
year = {2020}
}
备注
Final accepted journal version. Two misconceptions fixed as required by referee compared to last version. Additions are in color, red for one point of misconception and blue for the other point