利用具有超精细相互作用磁体中核磁化探测暗物质
高能物理 - 唯象学
2024-03-05 v2 介观与纳米尺度物理
高能物理 - 实验
量子物理
摘要
我们考虑通过具有强超精细相互作用的磁体中的磁激发来探测宇宙轻暗物质(DM),即质量约为 eV 和 eV 的轴子和暗光子的可能性。具体而言,我们考虑以倾斜反铁磁体 MnCO 作为具体的候选材料。由于超精细相互作用允许核自旋与电子自旋之间的自旋转移,核自旋因有效(电子自旋诱导的)磁场而自然高度极化,并且彼此之间具有长程相互作用。核自旋的集体进动,即核磁子,可通过核子-DM 相互作用由 DM 场产生,同时它们也通过电子-核自旋混合对电子-DM 相互作用敏感。与传统的核自旋进动实验相比,该体系作为 DM 传感器对更高频率敏感,且只需施加很小的静态磁场。该体系还具有与核自旋混合的电子自旋集体进动,作为可用于 DM 探测的额外通道。我们估算了在适当读出装置(如与 LC 谐振电路相连的感应拾波环,或带有光子计数装置的光子腔)下的灵敏度。我们表明该方法覆盖了轻玻色子 DM 尚未被探索的参数区域。
引用
@article{arxiv.2307.08577,
title = {Dark matter detection using nuclear magnetization in magnet with hyperfine interaction},
author = {So Chigusa and Takeo Moroi and Kazunori Nakayama and Thanaporn Sichanugrist},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.08577},
year = {2024}
}
备注
56 pages, 9 figures, 5 tables; v2: corrected typos, added figure of unit cell of MnCO3 (Fig. 1), changed reference mass of material MnCO3 from 1.5 kg to 1 kg, added footnote about nuclear eigenfrequencies, conclusions unchanged