利用悬浮铁磁体实现超轻暗物质探测

悬浮铁磁体可作为超精密磁力计，其优异的环境隔离性能使其具有高品质因子。这些仪器可用于探测超轻暗物质候选物，如类似轴子的暗物质或暗光子暗物质。除了对轴子-光子耦合或动力学混合产生的物理磁场具有灵敏度外，铁磁体对由轴子-电子耦合产生的有效磁场（即“轴子风”）也敏感。虽然悬浮铁磁体对直流磁场的动力学响应已有研究，但这些所有耦合都会产生交变场。本文研究铁磁体对施加交变磁场的响应，并据此推算其对轴子和暗光子暗物质的灵敏度。我们特别关注施加交变场所诱导的运动方向，尤其是其是绕施加场旋转（类似电子自旋）还是在场的平面内摆动（类似指南针针针）。我们表明，现有的悬浮铁磁体 setup 已具备与 comagnetometer 或扭转平衡实验相当的轴子-电子耦合灵敏度。此外，未来的 setup 还能成为探测轴子-电子耦合、暗光子动力学混合以及轴子-光子耦合的灵敏探针，适用于质量 $m_\mathrm{DM}\lesssim\mathrm{feV}$ 的超轻暗物质。