用于轴子暗物质探测的激光诱导荧光：YLiF$_4$:Er$^{3+}$ 中的可行性研究

我们提出了一种探测 QCD 轴子暗物质的方案，该方案基于轴子与电子之间的直接相互作用，这正是 DFSZ 轴子模型明确预测的。局域轴子暗物质场将驱动塞曼分裂原子能级之间的跃迁，这些能级间隔为轴子静止质量能量 $m_a c^2$。随后通过上转换方案探测轴子相关激发，该方案利用泵浦激光将吸收的轴子能量（$\sim$ 数百 $\mu$eV）转换为可见或红外光子，而单光子探测是一项成熟技术。所提出的方案涉及掺杂到固态晶体材料中的稀土离子，光学跃迁发生在 $4f^N$ 电子构型的能级之间。除了讨论实现宇宙学相关灵敏度的理论方面和要求（特别是在光谱材料特性方面），我们还在 $1.9-4.2$ K 温度范围内实验研究了泵浦激光引起的本底。我们的结果排除了由激光相关加热效应激发基态的上塞曼分量，并对优化激活材料参数以抑制多声子辅助斯托克斯荧光有一定帮助。