論文の概要: Atom Interferometer Tests of Dark Matter

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.13546v4
• Date: Fri, 6 Sep 2024 05:30:45 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-09-09 21:18:57.406645
• Title: Atom Interferometer Tests of Dark Matter
• Title（参考訳）: ダークマターの原子干渉計試験
• Authors: Yufeng Du, Clara Murgui, Kris Pardo, Yikun Wang, Kathryn M. Zurek,
• Abstract要約: サブGeV質量における暗黒物質サブコンポーネントの検出に原子干渉計を用いることを提案する。 原子干渉計の1つの「アーム」からダークマター散乱によるデコヒーレンスと位相シフトについて述べる。 中間子質量$m_phi=10-5m_chi$の場合、将来の原子干渉計は既存の核再コイルの制約のギャップを埋める可能性がある。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Direct detection experiments for dark matter are increasingly ruling out large parameter spaces. However, light dark matter models with particle masses $<$ GeV are still largely unconstrained. Here we examine a proposal to use atom interferometers to detect a light dark matter subcomponent at sub-GeV masses. We describe the decoherence and phase shifts caused by dark matter scattering off of one "arm" of an atom interferometer using a generalized dark matter direct detection framework. This allows us to consider multiple channels: nuclear recoils, hidden photon processes, and axion interactions. We apply this framework to several proposed atom interferometer experiments. Because atom interferometers are sensitive to extremely low momentum deposition and their coherent atoms may give them a boost in sensitivity, these experiments will be highly competitive and complementary to other direct detection methods. In particular, atom interferometers are uniquely able to probe a dark matter sub-component with $m_\chi \lesssim 10~\rm{keV}$. We find that, for a mediator mass $m_\phi=10^{-5}m_\chi$, future atom interferometers could close a gap in the existing constraints on nuclear recoils down to $\bar{\sigma}_n \sim 10^{-42}~\rm{cm}^2$ for $m_\chi \sim 10^{-5} - 10^{-1}~\rm{MeV}$ dark matter masses.
• Abstract（参考訳）: ダークマターの直接検出実験は、大きなパラメータ空間を徐々に排除している。 しかし、粒子質量が$<$ GeVの軽いダークマターモデルはまだほとんど拘束されていない。 本稿では,サブGeV質量における暗黒物質サブコンポーネントの検出に原子干渉計を用いる提案について検討する。 一般化ダークマター直接検出フレームワークを用いた原子干渉計の1つの「アーム」からダークマター散乱によるデコヒーレンスと位相変化について述べる。 これにより、核のリコイル、隠された光子過程、アクシオン相互作用など、複数のチャネルを考えることができる。 この枠組みをいくつかの原子干渉計実験に応用する。 原子干渉計は極低運動量沈着に敏感であり、そのコヒーレント原子は感度を高める可能性があるため、これらの実験は競争力が高く、他の直接検出法と相補的である。 特に、原子干渉計は、$m_\chi \lesssim 10~\rm{keV}$でダークマターサブコンポーネントをプローブすることができる。 中間子質量が$m_\phi=10^{-5}m_\chi$の場合、将来の原子干渉計は、暗黒物質質量に対して$m_\chi \sim 10^{-5} - 10^{-1}~\rm{MeV}$$$ $m_\chi \sim 10^{-42}~\rm{cm}^2$まで核再コイルの既存の制約のギャップを埋めることができる。

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