通过超辐射原子系统中的共振发射与吸收探测宇宙轴子

μeV 质量轴子是冷暗物质最有希望的候选者之一，并且仍是通过 Peccei-Quinn 机制解决量子色动力学（QCD）CP 问题的合理方案。本文提出一种新方法，借助具有超辐射的原子系统中的共振发射 $|{\rm e}\rangle \to |{\rm g}\rangle + \gamma + \gamma^{\prime}_{} + a$（或吸收 $a + |{\rm e}\rangle \to |{\rm g}\rangle + \gamma + \gamma^{\prime}_{}$）来探测银河系中的暗物质轴子，其中 $|{\rm e}\rangle$ 与 $|{\rm g}\rangle$ 分别表示原子的激发能级与基态能级。还提出了通过 $|{\rm e}\rangle \to |{\rm g}\rangle + \gamma + a$（或 $a + |{\rm e}\rangle \to |{\rm g}\rangle + \gamma$）的类似过程来探测轴子-电子耦合。对于假定无背景环境的标称实验装置，典型 QCD 轴子模型的大部分参数空间可被仲氢分子或镱原子覆盖。然而，实际实验装置中的背景仍是未来研究中需解决的主要问题。为获得更大信噪比，可能需要寻找更好的原子或分子候选者。