在 CAST 实验中使用 Micromegas 探测器并以 $^{3}$He 为缓冲气体搜寻太阳轴子

轴子是在标准模型扩展中提出的、作为强 CP 问题解决方案的备受青睐的粒子。此外，还有轴子类粒子（ALPs）一类，出现在标准模型的扩展中，并具有与轴子相同的现象学。轴子和 ALPs 是解决暗物质问题的候选粒子。CAST（CERN 轴子太阳望远镜）自 2003 年以来一直在寻找太阳轴子。CAST 利用日镜技术，使用一台退役的 LHC 偶极磁铁，太阳轴子可在其中重新转换为光子。CAST 运行的四个探测器中有三个是 Micromegas 类型。本论文展示了 2011 年 CAST 数据获取期间三个 Micromegas 探测器数据的分析，得到了在 95$\%$ 置信水平下、对于 1 至 1.17 eV 质量范围内的轴子，耦合常数 g$_{a \gamma}$ < 3.90 $\times$ 10$^{-10}$ GeV$^{-1}$ 的限制。CAST Micromegas 探测器采用了为降低本底水平而开发的不同策略。此外，为了理解本底起源，开发了不同的测试台。低本底技术的最新进展体现在 CAST 中 Micromegas 探测器的升级上，使本底降低了 $\sim$6 倍。这转化为 CAST 灵敏度提高了 $\sim$2.5 倍。除 CAST 外，已提出新一代轴子日镜：IAXO——国际轴子观测站。IAXO 将通过利用 CAST 的所有特点并将其实现于大型超导环形磁铁、专用 X 射线光学和超低本底探测器中，来增强日镜技术。本论文介绍了 IAXO 提案的描述及其灵敏度研究。IAXO 将超越 CAST 一个数量级以上，进入未探索的参数空间区域。