論文の概要: Searching for Ultra-Light Axions with Twisted Cavity Resonators of Anyon Rotational Symmetry with Bulk Modes of Non-Zero Helicity

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2208.01640v3
• Date: Wed, 9 Aug 2023 10:23:34 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-08-10 18:29:21.809249
• Title: Searching for Ultra-Light Axions with Twisted Cavity Resonators of Anyon Rotational Symmetry with Bulk Modes of Non-Zero Helicity
• Title（参考訳）: 非零ヘリシティバルクモードを持つエノン回転対称性のねじれ共振器を用いた超軽量アキソンの探索
• Authors: J. F. Bourhill, E. C. I. Paterson, M. Goryachev, M. E. Tobar
• Abstract要約: M"obius-ring 共振器は、片側トポロジーを特徴とするよく研究された、魅力的な幾何学構造に由来する。 等角断面を用いたツイスト中空構造の形成による新しい共振器について述べる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: M\"obius-ring resonators stem from a well-studied and fascinating geometrical structure that features a one-sided topology; the M\"obius strip, and have been shown to exhibit fermion rotational symmetry with respect to a ring resonator with no twist (which exhibits boson rotational symmetry) (see PhysRevLett.101.247701). Here, we present a new type of resonator through the formation of twisted hollow structures using equilateral triangular cross-sections, which leads to the realization of a cavity with anyon rotational symmetry. Unlike all previous cavity resonators, the anyon resonator permits the existence of bulk resonant modes that exhibit non-zero electromagnetic helicity in vacuo, with a non-zero overlap of the electric and magnetic mode eigenvectors, $\int \mathbf{E}_p\cdot\mathbf{B}_p~d\tau$, integrated over the cavity volume. In the upconversion limit, we show that these non-zero helical modes couple naturally to ultra-light dark matter axions within the bandwidth of the resonator by adding amplitude-modulated sidebands through the axion-photon chiral anomaly. Thus, we show a sensitive ultra-light dark matter experiment may be realized by implementing such a resonator in an ultra-stable oscillator configuration and searching for signals in the Fourier spectrum of amplitude fluctuations. This removes the typical requirement for an external magnetic field and therefore permits the use of superconducting materials to reduce surface losses and enhance sensitivity to axions.
• Abstract（参考訳）: m\"obius-ring共振器は、一面トポロジーを特徴とするよく研究され興味深い幾何学的構造である m\"obius strip に由来し、ねじれのないリング共振器(ボソン回転対称性を示す)に対してフェルミオン回転対称性を示すことが示されている(physrevlett.101.247701)。 本稿では,正三角形断面を用いたねじれ空洞構造の形成を通した新しい共振器について述べる。 以前のキャビティ共振器とは異なり、アノン共振器は真空中でゼロでない電磁ヘリシティを示すバルク共振モードの存在を許し、電気的および磁気的モード固有ベクトルのゼロでない重なりである$\int \mathbf{E}_p\cdot\mathbf{B}_p~d\tau$はキャビティ体積上に統合される。 アップコンバージョン限界において、これらの非零ヘリカルモードは、アクソン光子キラル異常に振幅変調サイドバンドを付加することにより、共振器帯域内の超軽量ダークマター軸に自然に結合することを示す。 そこで,超安定振動子構成にそのような共振器を実装し,振幅変動のフーリエスペクトルの信号を求めることにより,感度の高い暗黒物質実験を実現することができることを示す。 これにより外部磁場の典型的な要求が取り除かれ、超伝導材料を使用することで表面の損失を低減し、軸索に対する感度を高めることができる。

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