論文の概要: Maglev for Dark Matter: Dark-photon and axion dark matter sensing with levitated superconductors
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.18398v2
- Date: Fri, 15 Mar 2024 17:15:25 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-18 23:51:32.890694
- Title: Maglev for Dark Matter: Dark-photon and axion dark matter sensing with levitated superconductors
- Title（参考訳）: ダークマター用マグレブ:浮遊超伝導体を用いたダークフォトンとアクシオンダークマターセンシング
- Authors: Gerard Higgins, Saarik Kalia, Zhen Liu,
- Abstract要約: 磁気浮上型超伝導体を用いて暗黒光子および軸流暗黒物質を検出することを提案する。
いくつかの実験室では、これらの暗黒物質候補を高周波で探すが、mathrm1,kHz$以下の周波数に敏感であるものはほとんどない。
本手法は, 暗黒光子とアクシオン暗黒物質の両方のプローブにおいて, 先行感度を達成できることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.4517439165409667
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: Ultraprecise mechanical sensors offer an exciting avenue for testing new physics. While many of these sensors are tailored to detect inertial forces, magnetically levitated (Maglev) systems are particularly interesting, in that they are also sensitive to electromagnetic forces. In this work, we propose the use of magnetically levitated superconductors to detect dark-photon and axion dark matter through their couplings to electromagnetism. Several existing laboratory experiments search for these dark-matter candidates at high frequencies, but few are sensitive to frequencies below $\mathrm{1\,kHz}$ (corresponding to dark-matter masses $m_\mathrm{DM}\lesssim10^{-12}\,\mathrm{eV}$). As a mechanical resonator, magnetically levitated superconductors are sensitive to lower frequencies, and so can probe parameter space currently unexplored by laboratory experiments. Dark-photon and axion dark matter can source an oscillating magnetic field that drives the motion of a magnetically levitated superconductor. This motion is resonantly enhanced when the dark matter Compton frequency matches the levitated superconductor's trapping frequency. We outline the necessary modifications to make magnetically levitated superconductors sensitive to dark matter, including specifications for both broadband and resonant schemes. We show that in the $\mathrm{Hz}\lesssim f_\mathrm{DM}\lesssim\mathrm{kHz}$ frequency range our technique can achieve the leading sensitivity amongst laboratory probes of both dark-photon and axion dark matter.
- Abstract（参考訳）: 超精密なメカニカルセンサーは、新しい物理学をテストするためのエキサイティングな道を提供する。
これらのセンサーの多くは慣性力を検出するために調整されているが、磁気浮上式(Maglev)システムは電磁力にも敏感であるという点で特に興味深い。
本研究では, 磁気浮上型超伝導体を用いて, ダークフォトンおよびアクシオンダークマターを磁気磁気に結合して検出する手法を提案する。
既存の実験では、これらのダークマター候補を高周波数で探索するが、$\mathrm{1\,kHz}$以下の周波数に敏感であるものはほとんどない(ダークマター質量は$m_\mathrm{DM}\lesssim10^{-12}\,\mathrm{eV}$)。
機械共振器として、磁気浮上型超伝導体は低周波に敏感であり、現在実験で探索されていないパラメータ空間を探索することができる。
ダークフォトンとアクシオンダークマターは、磁気浮上型超伝導体の運動を駆動する振動磁場を発生させることができる。
この運動は、ダークマターコンプトン周波数が浮遊超伝導体のトラップ周波数と一致するときに共鳴的に増強される。
磁気浮上型超伝導体を暗黒物質に敏感にするために必要な改良点について概説する。
我々は、f_\mathrm{DM}\lesssim f_\mathrm{kHz}$ frequency rangeにおいて、我々の技術は暗黒光子とアクシオンダークマターの両方の実験プローブの先行感度を達成することができることを示した。
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