用超导射频腔探测类轴子粒子与轴子宇宙
高能物理 - 唯象学
2019-07-17 v2 高能物理 - 实验
仪器与探测器
摘要
具有电磁耦合的类轴子粒子 (ALPs) 长期以来被假设为标准模型的扩展。弦理论预言了一个包含许多轻轴子的“轴子宇宙” (axiverse)，其中一些可能构成宇宙暗物质和/或解决强 CP 问题。我们提出了一种使用超导射频 (SRF) 腔的新实验，它对轻 ALPs 敏感，且与其对宇宙暗物质密度的贡献无关。离壳 ALPs 将在麦克斯韦方程中引发三次非线性，因此若 SRF 腔以频率 和 泵浦，在 ALPs 存在下，频率为 的模式中会出现功率。我们的装置在思路上类似于穿墙光 (LSW) 实验，但由于泵浦场本身在单个腔内有效地将 ALP 转换回光子，我们的灵敏度随外场强度的标度不同，从而利用当前技术可比 OSQAR 等实验具有更优的探测范围。此外，一个定义明确的提高灵敏度的方案有保证的物理结果：在低于电子质量的能量下首次观测低能 QED 的 Euler-Heisenberg 项。我们讨论了如何通过适当选择泵浦模式和腔几何将 ALP 贡献与 QED 贡献分离，并以描述我们提议的实验方案对 ALPs 的最终灵敏度作结。
引用
@article{arxiv.1902.01418,
title = {Probing ALPs and the Axiverse with Superconducting Radiofrequency Cavities},
author = {Zachary Bogorad and Anson Hook and Yonatan Kahn and Yotam Soreq},
journal= {arXiv preprint arXiv:1902.01418},
year = {2019}
}
备注
v2: 6+4 pages, 2+1 figures. Typos fixed, references added, matches PRL version. v1: 7+2 pages, 2+1 figures