利用声子极化激元与磁振子探测轴子暗物质的可行性

凝聚态系统中的集体激发,如声子与磁振子,近期被提出作为轻暗物质的新探测通道。我们表明,i) 极性材料中在 ${\mathcal O}$(1 T) 磁场下光学声子极化激元(经由轴子-光子耦合)的激发,以及 ii) 磁有序材料中带隙磁振子(经由轴子风与电子自旋的耦合)的激发,能以小于千克·年的曝光量覆盖 QCD 轴子暗物质难以触及的 ${\mathcal O}$(1-100) meV 质量窗口。寻找具有大量可耦合轴子场的光学声子或磁振子模式的材料至关重要,这提示了一项搜寻具有不同共振能量与激发选择定则的系列材料的计划;我们概述了这些定则并讨论若干候选目标,将更详尽的搜寻留待未来工作。单光子、声子与磁振子探测器的持续发展将为实验实现此处提出的想法提供关键。