論文の概要: Dark Matter Search with a Resonantly-Coupled Hybrid Spin System
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.08039v2
- Date: Wed, 09 Apr 2025 07:57:38 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-10 16:14:08.581696
- Title: Dark Matter Search with a Resonantly-Coupled Hybrid Spin System
- Title（参考訳）: 共振結合型ハイブリッドスピンシステムによる暗黒物質探索
- Authors: Kai Wei, Zitong Xu, Yuxuan He, Xiaolin Ma, Xing Heng, Xiaofei Huang, Wei Quan, Wei Ji, Jia Liu, Xiao-Ping Wang, Dmitry Budker, Jiancheng Fang,
- Abstract要約: アルカリ-21$Neスピン系におけるブロードバンド手法を提案する。
我々は、中性子と陽子とのアクシオンダークマター相互作用に新しい制約を設け、DM性の影響を考慮に入れた。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 13.758901108826954
- License:
- Abstract: Recent advances in tabletop quantum sensor technology have enabled searches for nongravitational interactions of dark matter (DM). Traditional axion DM experiments rely on sharp resonance, resulting in extensive scanning time to cover a wide mass range. In this work, we present a broadband approach in an alkali-${}^{21}$Ne spin system. We identify two distinct hybrid spin-coupled regimes: a self-compensation (SC) regime at low frequencies and a hybrid spin resonance (HSR) regime at higher frequencies. By utilizing these two distinct regimes, we significantly enhance the bandwidth of ${}^{21}$Ne nuclear spin compared to conventional nuclear magnetic resonance, while maintaining competitive sensitivity. We present a comprehensive broadband search for axion-like dark matter, covering 5 orders of magnitude of Compton frequencies range within $[10^{-2}, \, 10^3]$ Hz. We set new constraints on the axion dark matter interactions with neutrons and protons, accounting for the effects of DM stochasticity. For the axion-neutron coupling, our results reach a low value of $|g_{ann}|\le 3\times 10^{-10}$ in the frequency range $[2\times 10^{-2}, \, 4]$ Hz surpassing astrophysical limits and providing the strongest laboratory constraints in the $[10, \, 100]$ Hz range. For the axion-proton coupling, we offer the best terrestrial constraints for the frequency ranges $[2\times 10^{-2}, \, 5]$Hz and $[16, \, 7\times 10^{2}]$ Hz.
- Abstract（参考訳）: テーブルトップ量子センサー技術の最近の進歩により、暗黒物質(DM)の非重力相互作用の探索が可能になった。
従来のアクシオンDM実験は鋭い共鳴に依存しており、広い質量範囲をカバーするために広い走査時間をもたらす。
本研究では,アルカリ-$$}^{21}$Neスピン系におけるブロードバンド手法を提案する。
低周波での自己補償法(SC)と高周波でのハイブリッドスピン共鳴法(HSR)の2つの異なるハイブリッドスピン結合法を同定した。
これら2つの異なる状態を利用することで、従来の核磁気共鳴と比較して、$${}^{21}$Ne核スピンの帯域幅を大幅に拡大し、競争感度を維持できる。
本稿では,5桁のコンプトン周波数範囲を,[10^{-2}, \, 10^3]$ Hzの範囲で包括的に探索する。
我々は、DM確率性の影響を考慮し、中性子と陽子とのアクシオンダークマター相互作用に新たな制約を設けた。
放射-中性子カップリングでは、周波数範囲$[2\times 10^{-2}, \, 4]$ Hzを超越し、[10, \, 100]$ Hzの範囲で最強の実験的制約を与える。
アクシオン-プロトンカップリングでは、周波数範囲が$[2\times 10^{-2}, \, 5]$Hzと$[16, \, 7\times 10^{2}]$ Hzに対して最適な地上制約を提供する。
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