轴子暗物质电磁探测的参数分析

轻类轴子粒子出现在许多超越标准模型物理的理论中，并可能构成宇宙暗物质的一部分或全部。它们与标准模型耦合的方式之一是通过电磁 $F_{\mu\nu} \tilde F^{\mu\nu}$ 门户，并且有一个广泛的实验计划，覆盖数十倍的质量范围，旨在通过这种耦合搜寻轴子暗物质。在本文中，我们推导了此类广泛搜寻中吸收功率与耦合灵敏度的极限。我们发现，标准技术（如谐振腔和介质晕镜）在给定体积和磁场下，能够实现 O(1)-最优的轴子质量平均信号功率。对于低质量（频率 $\ll$ GHz）轴子，使用静态背景磁场的实验通常灵敏度受抑——我们讨论了这一限制的物理学原理，并提出了避免它的实验方法，例如微波上转换实验。我们还评论了其他形式暗物质的探测，包括暗光子，以及相对论性隐 sector 粒子的探测。