轴子暗物质的阻抗匹配：光子-电子相互作用的考量
高能物理 - 唯象学
2021-12-22 v3 天体物理仪器与方法
高能物理 - 实验
摘要
我们引入轴子暗物质的阻抗匹配概念，提出如下问题：为何轴子探测如此困难，即便在每平米入射暗物质的通量中已有足够功率为一个 LED 灯泡供电。通过量化轴子场的反作用，我们表明较小的轴子-光子耦合本身并不妨碍通过最优阻抗匹配吸收接近单位分数的暗物质。相反，我们进一步表明电磁电荷及其与光子耦合的自阻抗，提供了跨搜索频带积分的功率吸收的主要约束。利用轴子电动力学方程，我们证明了在线性、时不变、无源接收机中吸收功率的严格限制。我们的结果给出了源于光子-电子相互作用的基本约束，限制了超越腔式 haloscope 技术改善积分功率吸收的可能。该分析还具有重要的实际意义，显示出与若干已规划轴子搜索的灵敏度预期之间存在明显张力。我们还为更精确的信号功率计算和校准模型提供了基础，尤其适用于采用多波长开放构型（如碟形天线和介质 haloscope）的接收机。
引用
@article{arxiv.2105.02005,
title = {Impedance Matching to Axion Dark Matter: Considerations of the Photon-Electron Interaction},
author = {Saptarshi Chaudhuri},
journal= {arXiv preprint arXiv:2105.02005},
year = {2021}
}
备注
18 pages, 3 figures, plus references and appendices. v2: Section added on the practical implications of the work. v3: Text matches JCAP publication version. Minor editorial adjustments