論文の概要: Quantum dual-path interferometry scheme for axion dark matter searches
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2201.08291v3
- Date: Tue, 27 Sep 2022 13:55:17 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-28 08:10:02.410628
- Title: Quantum dual-path interferometry scheme for axion dark matter searches
- Title(参考訳): アクシオンダークマター探索のための量子デュアルパス干渉法
- Authors: Qiaoli Yang, Yu Gao, Zhihui Peng
- Abstract要約: キャビティ軸索暗黒物質探索におけるデュアルパス干渉法による増幅構成を提案する。
磁場によって透過された低温キャビティでは, キャビティ品質係数$Q$により, 単一のアクシオン光子変換速度が向上することが量子力学的に示される。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 2.775907274034702
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We propose a dual-path interferometry amplification configuration in the
cavity axion dark matter searches. We show quantum-mechanically that, in a low
temperature cavity permeated by a magnetic field, the single axion-photon
conversion rate is enhanced by the cavity quality factor $Q$, and
quantitatively larger than the classical result by a factor $\pi/2$. Under
modern cryogenic conditions, thermal photons in the cavity are negligible, thus
the axion cavity can be considered as a quantum device emitting single-photons
with temporal separations. This differs from the classical picture in which
axions transition in batches and the converted energy accumulates in the
electromagnetic field inside the cavity. It reveals a possibility for the axion
cavity experiment to handle the signal sensitivity at the quantum level, e.g.
cross-power and second order correlation measurements. The correlation of
photon field quadratures in the amplification chain, within current technology,
enhances the signal-to-noise ratio up to two orders of magnitude or one order
of magnitude compared with single-path amplification scheme based on high
electronic mobility transistor amplifier or Josephson Parametric Amplifiers
(JPAs), respectively. Especially, it is useful to combine the dual-path
interferometry scheme with other techniques, e.g. JPAs, to overcome the
inevitable microwave signals insertion loss (normally it is $\sim-3\,$dB) in
the channels between the cavity and the quantum-limited amplifiers. This
enhancement would greatly reduce the signal scanning time and improve the
sensitivity of the axion-photon coupling. In addition, the second order
correlation function measurement in the dual-path scheme can provide an
additional verification that if the candidate signals are axion converted or
other noises.
- Abstract(参考訳): キャビティ軸索暗黒物質探索におけるデュアルパス干渉法による増幅構成を提案する。
磁場によって透過された低温のキャビティにおいて, 1軸光子の変換速度は, キャビティ品質係数$Q$で向上し, 古典的な結果よりも約$\pi/2$で定量的に大きくなることを示す。
現代の極低温下では、キャビティ内の熱光子は無視できるため、アクシオンキャビティは時間的分離を持つ単一光子を放出する量子デバイスと見なすことができる。
これは、アキソンがバッチで遷移し、変換エネルギーがキャビティ内の電磁場に蓄積する古典的な図とは異なる。
これは、例えばクロスパワーと2次相関測定のような量子レベルでの信号感度を扱うためのアクシオンキャビティ実験の可能性を明らかにする。
現在の技術では、増幅鎖内の光子磁場の相関は、高電子移動型トランジスタ増幅器(JPA)やジョセフソンパラメトリック増幅器(JPA)に基づく単経路増幅方式と比較して、信号-雑音比を最大2桁または1桁に向上させる。
特に、共振器と量子制限増幅器の間のチャネルにおいて、避けられないマイクロ波信号の挿入損失(通常$\sim-3\,$dB)を克服するために、二重パス干渉法とJPAなどの他の手法を組み合わせることは有用である。
この強化により信号の走査時間が大幅に短縮され、アクシオン-光子カップリングの感度が向上する。
さらに、二重パス方式における2次相関関数の測定は、候補信号が軸変換された場合や他の雑音であるかどうかを検証できる。
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