寻找单极-偶极 Axion 相互作用的 QUAX-g_p g_s 实验

QCD Axion 是为解决粒子物理标准模型中的强 CP 问题而引入的一种假想粒子，并因作为冷暗物质的可能组成部分而备受关注。在 Axion 场景中，J.E. Moody 和 F. Wilczek 表明，由 Axion 交换介导的一种新的宏观长程力作用于电子自旋，且该力可以用有效磁场来描述。在 INFN Legnaro 国家实验室进行的 QUAX-g$_p$g$_s$ 实验旨在寻找由非极化质量源产生的有效场对磁化样品的效应。由于该场是宏观的，可以通过测量冷却至液氦温度的顺磁硅酸钆（GSO）晶体磁化强度的变化来检测。Axion 有效场感应的磁化强度可以用 SQUID 磁强计检测。通过改变源质量的位置，感应的 GSO 磁化强度在声频下被调制。尽管 QUAX-g$_p$g$_s$ 的全部灵敏度尚未被充分利用，我们已能在几十 Hz 下测量 $10^{-17}~$T 的磁化强度。凭借这一灵敏度，我们期望进一步改进 $10^{-3}$ 至 $1~$m 区间内预测长程力耦合的上限。