利用里德伯原子通过诱导电偶极跃迁探测轴子暗物质

探测轴子的长期努力由两个引人注目的前景所驱动：自然解释量子色动力学中电荷共轭与宇称对称性破缺的缺失，以及解释超轻质量尺度上难以捉摸的暗物质。许多实验使用先进的腔谐振器装置来探测轴子到光子的磁场介导转换。在此，我们展示了如何在不依赖此类腔装置的情况下搜寻轴子物质，这为探测超轻轴子开辟了一条新路径，而在这些情形下基于腔的装置是不可行的。当应用于具有特别大跃迁偶极矩元的里德伯原子时，该效应有望对探测超轻暗物质具有出色的灵敏度。我们的估计表明，它可以在迄今仅通过天体物理手段探测过的参数空间中提供实验室约束，并覆盖参数空间中新的未被探测区域。里德伯原子气体提供了一种灵活且廉价的实验平台，可在室温下运行。我们通过将轴子修正的麦克斯韦方程量子化来预估灵敏度，以在轴子暗物质存在的任何地方将原子和分子准确地描述为量子传感器。