論文の概要: Dark matter detection using nuclear magnetization in magnet with
hyperfine interaction
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.08577v2
- Date: Mon, 4 Mar 2024 04:29:02 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-07 03:09:15.128505
- Title: Dark matter detection using nuclear magnetization in magnet with
hyperfine interaction
- Title（参考訳）: 超微細相互作用を持つ磁性体の核磁化による暗黒物質検出
- Authors: So Chigusa, Takeo Moroi, Kazunori Nakayama, Thanaporn Sichanugrist
- Abstract要約: 我々は、強い超微細相互作用を持つ磁石の磁気励起により、質量$sim 10-6$ eV と $sim 10-4$ eV の宇宙光暗黒物質(DM)、すなわち、軸およびダーク光子を検出する可能性を考える。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We consider the possibility to detect cosmic light dark matter (DM), i.e.,
axions and dark photons, of mass $\sim 10^{-6}$ eV and $\sim 10^{-4}$ eV, by
magnetic excitation in a magnet with strong hyperfine interaction. In
particular, we consider a canted anti-ferromagnet, MnCO$_3$, as a concrete
candidate material. With spin transfer between nuclear and electron spins
allowed by the hyperfine interaction, nuclear spins become naturally highly
polarized due to an effective (electron-spin-induced) magnetic field, and have
long-range interactions with each other. The collective precession of nuclear
spins, i.e., a nuclear magnon, can be generated by the DM field through the
nucleon-DM interaction, while they are also sensitive to the electron-DM
interaction through the electron-nuclear spin mixing. Compared with
conventional nuclear-spin precession experiments, this system as a DM sensor is
sensitive to higher frequency needing only a small static magnetic field
applied. The system also has collective precession of electron spins, mixed
with nuclear spins, as the additional channels that can be used for DM probes.
We estimate the sensitivity under appropriate readout setups such as an
inductive pick-up loop associated with an LC resonant circuit, or a photon
cavity with a photon counting device. We show that this method covers an
unexplored parameter region of light bosonic DM.
- Abstract（参考訳）: 我々は、強い超微細相互作用を持つ磁石の磁気励起により、宇宙の暗黒物質(DM)、すなわち、軸および暗黒光子の質量$\sim 10^{-6}$ eVと$\sim 10^{-4}$ eVを検出する可能性を考える。
特に、缶詰反強磁性体MnCO$_3$を具体的な候補物質として考える。
ハイパーファイン相互作用によって許される核スピンと電子スピンの間のスピン移動により、核スピンは有効(電子スピン誘起)磁場によって自然に高偏極化し、互いに長距離相互作用を持つ。
核スピンの集団沈降(すなわち核マグノン)は、核子-DM相互作用を通じてDM磁場によって生成されるが、電子-核スピン混合による電子-DM相互作用にも敏感である。
従来の核スピンプリセッション実験と比較して、DMセンサとしてのこのシステムは、小さな静磁場を印加するだけで高い周波数に敏感である。
この系はまた、DMプローブに利用可能な追加チャネルとして、核スピンと混合された電子スピンの集合的占有も持つ。
LC共振回路に付随する誘導ピックアップループや光子計数装置を備えた光子キャビティなど,適切な読み出し設定下での感度を推定する。
本手法は,光ボソニックdmの未探索パラメータ領域をカバーすることを示す。
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