論文の概要: Search for axion-like dark matter with spin-based amplifiers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2102.01448v1
• Date: Tue, 2 Feb 2021 11:48:26 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-13 00:48:20.741165
• Title: Search for axion-like dark matter with spin-based amplifiers
• Title（参考訳）: スピン増幅器を用いた軸状暗黒物質の探索
• Authors: Min Jiang, Haowen Su, Antoine Garcon, Xinhua Peng, Dmitry Budker
• Abstract要約: 我々は8.3 feVから744 feVまでの約20年間の質量範囲でALPを探索する新しい量子センサーを実証した。 センサは高偏極長寿命核スピンを前増幅器として利用し, 軸索状ダークマター場のコヒーレント振動を100倍に向上させる。 我々の実験は、ALPと核子との質量範囲上の結合を記述するパラメータ空間を67.5 feVで2.9時間10-9textrmGeV-1$$$95%$ confidence level)に制限する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.2928694303893393
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Ultralight axion-like particles (ALPs) are well-motivated dark matter candidates introduced by theories beyond the standard model. However, the constraints on the existence of ALPs through existing laboratory experiments are hindered by their current sensitivities, which are usually weaker than astrophysical limits. Here, we demonstrate a new quantum sensor to search for ALPs in the mass range that spans about two decades from 8.3 feV to 744 feV. Our sensor makes use of hyperpolarized long-lived nuclear spins as a pre-amplifier that effectively enhances coherently oscillating axion-like dark-matter field by a factor of >100. Using spin-based amplifiers, we achieve an ultrahigh magnetic sensitivity of 18 fT/Hz$^{1/2}$, which is significantly better than state-of-the-art nuclear-spin magnetometers. Our experiment constrains the parameter space describing the coupling of ALPs to nucleons over our mass range, at 67.5 feV reaching $2.9\times 10^{-9}~\textrm{GeV}^{-1}$ ($95\%$ confidence level), improving over previous laboratory limits by at least five orders of magnitude. Our measurements also constrain the ALP-nucleon quadratic interaction and dark photon-nucleon interaction with new limits beyond the astrophysical ones
• Abstract（参考訳）: ウルトラライトアクシオン様粒子(ultralight axion-like particles、alps)は、標準模型を超えて理論によって導入された暗黒物質候補である。 しかし、既存の実験実験を通してのALPの存在に関する制約は、通常天体物理学的な限界よりも弱い現在の感度によって妨げられている。 ここでは,8.3 feVから744 feVまでの約20年間の質量範囲でALPを探索する新しい量子センサを実証する。 センサは高偏極長寿命核スピンを前増幅器として利用し, 軸索状ダークマター場のコヒーレント振動を100倍に向上させる。 スピンベース増幅器を用いて18fT/Hz$^{1/2}$の超高感度を達成し、最先端の原子スピン磁力計よりもはるかに優れている。 我々の実験は、ALPと核子との質量範囲上のカップリングを記述するパラメータ空間を67.5 feVで2.9\times 10^{-9}~\textrm{GeV}^{-1}$$95\%$の信頼度に制限し、少なくとも5桁の精度で以前の実験室限界よりも改善した。 我々の測定はまた、天体物理学上の新たな限界とのアルプ-核子相互作用とダーク光子-核子相互作用を制約している。

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