論文の概要: Nuclear Spin Metrology with Nitrogen Vacancy Center in Diamond for Axion Dark Matter Detection

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.07141v1
• Date: Tue, 9 Jul 2024 18:00:00 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-11 20:39:53.100204
• Title: Nuclear Spin Metrology with Nitrogen Vacancy Center in Diamond for Axion Dark Matter Detection
• Title（参考訳）: 酸素暗黒物質検出のためのダイヤモンド中の窒素空洞を用いた核スピンメトロロジー
• Authors: So Chigusa, Masashi Hazumi, Ernst David Herbschleb, Yuichiro Matsuzaki, Norikazu Mizuochi, Kazunori Nakayama,
• Abstract要約: 本稿では, ダイヤモンド中の窒素空孔中心を用いて, アクシオンダークマターを直接検出する方法を提案する。 特に,窒素の核スピンを利用して原子核結合を検出する。 本手法は, アクシオン質量 $m_a lesssim 4times 10-13,mathrmeV$ に対応する周波数範囲 $lesssim 100,mathrmHz$ に敏感であることを示す。
• 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 present a method to directly detect the axion dark matter using nitrogen vacancy centers in diamonds. In particular, we use metrology leveraging the nuclear spin of nitrogen to detect axion-nucleus couplings. This is achieved through protocols designed for dark matter searches, which introduce a novel approach of quantum sensing techniques based on the nitrogen vacancy center. Although the coupling strength of the magnetic fields with nuclear spins is three orders of magnitude smaller than that with electron spins for conventional magnetometry, the axion interaction strength with nuclear spins is the same order of magnitude as that with electron spins. Furthermore, we can take advantage of the long coherence time by using the nuclear spins for the axion dark matter detection. We show that our method is sensitive to a broad frequency range $\lesssim 100\,\mathrm{Hz}$ corresponding to the axion mass $m_a \lesssim 4\times 10^{-13}\,\mathrm{eV}$. We present the detection limit of our method for both the axion-neutron and the axion-proton couplings and discuss its significance in comparison with other proposed ideas.
• Abstract（参考訳）: 本稿では, ダイヤモンド中の窒素空孔中心を用いて, アクシオンダークマターを直接検出する方法を提案する。 特に,窒素の核スピンを利用して原子核結合を検出する。 これは暗黒物質探索のために設計されたプロトコルによって実現され、窒素空孔中心に基づく新しい量子センシング技術が導入された。 磁場と核スピンの結合強度は、従来の磁気学では電子スピンの結合強度より3桁小さいが、原子スピンと核スピンの相互作用強度は、電子スピンの結合強度と同じ桁である。 さらに、原子核スピンを軸方向ダークマター検出に用いることで、長いコヒーレンス時間を利用することができる。 本手法は,アクシオン質量$m_a \lesssim 4\times 10^{-13}\,\mathrm{eV}$に対応する広周波数範囲$\lesssim 100\,\mathrm{Hz}$に敏感であることを示す。 本稿では, アクシオン-中性子とアクシオン-陽子カップリングの双方に対する本手法の検出限界について述べる。

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