Parametrics of electromagnetic searches for axion dark matter
Parametrics of electromagnetic searches for axion dark matter
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轴子暗物质电磁搜索的参数
DOI：
10.1103/physrevd.103.075007
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发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
R. Lasenby
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
R. Lasenby
轻的轴子状粒子出现在许多超越标准模型物理学的理论中，并且可能构成宇宙的部分或全部暗物质。它们可以耦合到标准模型的方法之一是通过电磁$F_{\mu\nu} \tilde F^{\mu\nu}$门户，并且有一个广泛的实验计划，覆盖质量范围数十年，旨在通过这种耦合寻找轴子暗物质。在本文中，我们推导出限制的吸收功率，耦合灵敏度，广泛的一类这样的搜索。我们发现，标准的技术，如谐振腔和介质haloscope，可以实现O（1）-最优的轴质量平均信号功率，对于给定的体积和磁场。对于低质量（频率$\ll$ GHz）的轴子，使用静态背景磁场的实验一般具有抑制的灵敏度-我们讨论了这种限制的物理，并提出实验方法，以避免它。我们还评论其他形式的暗物质，包括暗光子的检测，以及相对论隐藏扇区粒子的检测。
Light axion-like particles occur in many theories of beyond-Standard-Model physics, and may make up some or all of the universe's dark matter. One of the ways they can couple to the Standard Model is through the electromagnetic $F_{\mu\nu} \tilde F^{\mu\nu}$ portal, and there is a broad experimental program, covering many decades in mass range, aiming to search for axion dark matter via this coupling. In this paper, we derive limits on the absorbed power, and coupling sensitivity, for a broad class of such searches. We find that standard techniques, such as resonant cavities and dielectric haloscopes, can achieve O(1)-optimal axion-mass-averaged signal powers, for given volume and magnetic field. For low-mass (frequency $\ll$ GHz) axions, experiments using static background magnetic fields generally have suppressed sensitivity - we discuss the physics of this limitation, and propose experimental methods to avoid it. We also comment on the detection of other forms of dark matter, including dark photons, as well as the detection of relativistic hidden sector particles.
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