高Q超导谐振器中的光子频率转换：轴子电动力学、QED与非线性迈斯纳辐射

高Q超导谐振器已被提出并开发为探测光子-光子散射的探测器，该散射由假设的轴子或量子电动力学中的虚电子-正电子对介导——即欧拉-海森堡（EH）相互作用。光子频率和模式转换是探测此类罕见事件方案的核心。超导谐振器是非线性器件。将电磁场约束在超导射频腔真空区域的迈斯纳屏蔽电流是真空-超导界面处电磁场强度的非线性函数，因此可以产生源电流并实现腔内微波光子的频率转换。本报告考虑基于光子-光子散射的轴子和QED搜索中所提出的单腔和双腔设置中，由迈斯纳电流引起的高Q超导谐振器中的光子频率和模式转换。在具有两个泵浦模式的单腔中，对于Q ≲ 10^{12}的腔，迈斯纳屏蔽电流引起的光子频率转换主导了EH相互作用产生的光子。迈斯纳电流还产生背景光子，限制了单腔三模设置中用于轴子探测的谐振器运行。我们还考虑了轴子和EH介导的光子-光子散射中泵浦模式向信号模式的光子泄漏。在超越当前技术水平的超高Q腔中，EH相互作用引起的光子频率转换可以与迈斯纳辐射和泄漏辐射竞争。通过适当选择泵浦模式和旁观模式，双腔设置中的迈斯纳辐射和泄漏背景可以得到抑制，同样适用于银河系轴子暗物质外差探测所提出的单腔设置。