論文の概要: Millicharged dark matter detection with ion traps

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2108.05283v1
• Date: Wed, 11 Aug 2021 15:29:36 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-18 19:20:19.911247
• Title: Millicharged dark matter detection with ion traps
• Title（参考訳）: イオントラップを用いたミリチャージダークマター検出
• Authors: Dmitry Budker, Peter W. Graham, Harikrishnan Ramani, Ferdinand Schmidt-Kaler, Christian Smorra and Stefan Ulmer
• Abstract要約: イオントラップには、そのような信号の理想的な検出器となるいくつかの特性がある。 イオントラップは、エネルギー沈着を検出するための閾値が低い。 イオントラップは局所密度を$n_Q lesssim 1, textrmcm-3$に制限する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 22.42090005507693
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We propose the use of trapped ions for detection of millicharged dark matter. Millicharged particles will scatter off the ions, giving a signal either in individual events or in the overall heating rate of the ions. Ion traps have several properties which make them ideal detectors for such a signal. First, ion traps have demonstrated significant isolation of the ions from the environment, greatly reducing the background heating and event rates. Second, ion traps can have low thresholds for detection of energy deposition, down to $\sim \text{neV}$. Third, since the ions are charged, they naturally have large cross sections for scattering with the millicharged particles, further enhanced by the low velocities of the thermalized millicharges. Despite ion-trap setups being optimized for other goals, we find that existing measurements put new constraints on millicharged dark matter which are many orders of magnitude beyond previous bounds. For example, for a millicharge dark matter mass $m_Q=10~\textrm{GeV}$ and charge $10^{-3}$ of the electron charge, ion traps limit the local density to be $n_Q \lesssim 1 \, \textrm{cm}^{-3}$, a factor $\sim 10^8$ better than current constraints. Future dedicated ion trap experiments could reach even further into unexplored parameter space.
• Abstract（参考訳）: 閉じ込められたイオンをミリチャージダークマターの検出に用いることを提案する。 ミリチャージされた粒子はイオンを散乱させ、個々の事象またはイオンの全体的な加熱速度で信号を与える。 イオントラップには、そのような信号の理想的な検出器となるいくつかの特性がある。 第一に、イオントラップは環境からイオンを著しく分離し、背景加熱と事象率を大幅に低下させる。 第二に、イオントラップはエネルギー沈着を検出するための閾値が低く、$\sim \text{neV}$まで下がる。 第3に、イオンは荷電されるため、自然にミリチャージ粒子と散乱するための大きな断面積を持ち、加熱されたミリチャージの低速度によってさらに強化される。 イオントラップのセットアップは他の目的のために最適化されているにもかかわらず、既存の測定値が以前の境界を超える多くのオーダーのミリチャージダークマターに新しい制約を課していることがわかった。 例えば、ミリチャージダークマターの質量$m_Q=10~\textrm{GeV}$と電子電荷$10^{-3}$の場合、イオントラップは局所密度を現在の制約よりも$n_Q \lesssim 1 \, \textrm{cm}^{-3}$に制限する。 将来のイオントラップ実験は、未実験のパラメータ空間にまで達する可能性がある。

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