通过加速共振搜索约束超轻暗物质

旨在探测超轻暗物质的实验通常依赖于共振效应，其对与共振频率匹配的暗物质质量敏感。在本研究中，我们利用以核磁共振（NMR）模式运行的磁强计研究超轻轴子暗物质的核子耦合。我们的方法采用基于$^{21}$Ne自旋的传感器，其具有稀有气体自旋中最低的核磁矩。该配置使我们在约5 Hz处达到0.73 fT/Hz$^{1/2}$的超高灵敏度，对应约1.5$\times 10^{-23}\,\rm{eV/Hz^{1/2}}$的能量分辨率。我们的分析表明，在某些条件下，以显著大于共振线宽的步长扫描频率是有利的。解析结果与实验数据一致，且该扫描策略潜在适用于其他共振搜索。此外，我们的研究在4.5–15.5 Hz康普顿频率范围内对耦合中子和质子的类轴子粒子（ALP）建立了严格约束，较先前工作提高了数倍。在约4.6–6.6 Hz和约7.5 Hz的频段内，我们的实验室结果超越了由中子星冷却得出的天体物理限制。因此，我们展示了一种针对超轻暗物质的加速共振搜索，在保持具竞争力的灵敏度的同时实现了约30倍的扫描步长提升。