論文の概要: Superradiant Interactions of the Cosmic Neutrino Background, Axions, Dark Matter, and Reactor Neutrinos
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.04021v1
- Date: Wed, 7 Aug 2024 18:08:31 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-08-09 17:29:51.397850
- Title: Superradiant Interactions of the Cosmic Neutrino Background, Axions, Dark Matter, and Reactor Neutrinos
- Title（参考訳）: 宇宙ニュートリノ背景・軸・ダークマター・原子炉ニュートリノの超ラジカル相互作用
- Authors: Asimina Arvanitaki, Savas Dimopoulos, Marios Galanis,
- Abstract要約: 我々は、C$nu$B、ダークマター散乱と吸収、原子炉ニュートリノのような後期一様粒子の超放射能相互作用率を計算する。
我々の発見する速度は、マクロ的だが小さな目標に対して非常に大きなものとなる。
この論文で示された効果は、新しいタイプの超低しきい値検出器を指す可能性がある。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: In this paper we do three things. First, we outline the conditions under which the interaction rate of inelastic processes that change the internal state of a system of $N$ targets scales as $N^2$. This is an effect distinct from coherent elastic scattering, but with the same scaling. Second, we compute example rates for such processes for various weakly interacting particles. Finally, we point to potential quantum observables for these processes that go beyond traditional energy exchange. Maximal coherence in inelastic processes is achieved when the targets are placed in an equal superposition of the ground and excited states. These coherent inelastic processes are analogous to Dicke superradiance, and we thus refer to them as superradiant interactions. We compute the superradiant interaction rates for the C$\nu$B, dark matter scattering and absorption, and late-universe particles, such as reactor neutrinos, when the two-level system is realized by nuclear or electron spins in a magnetic field. The rates we find can be quite sizable on macroscopic yet small targets. For example, the C$\nu$B interacts with a rate of $\mathcal{O}(\text{Hz})$ when scattering off a 10~cm liquid or solid-state density spin-polarized sphere. For QCD axion dark matter, similar rates can be achieved with much smaller samples, $N \sim \mathcal{O}(10^{15})\left(\frac{m}{2\times 10^{-8}~\text{eV}}\right)^{-1/2}$, where $m$ is the axion mass. Using the Lindblad formalism for open quantum systems, we show that these superradiant interactions can manifest as a source of noise on the system. This points to new observables, sensitive to the sum of the excitation and de-excitation rates, and can be viewed as introducing diffusion and decoherence to the system. The effects presented in this paper may point to a new class of ultra-low threshold detectors.
- Abstract（参考訳）: この論文では3つのことをします。
まず、N$ターゲット系の内部状態を変化させる非弾性過程の相互作用速度が$N^2$となる条件を概説する。
これはコヒーレント弾性散乱とは異なる効果であるが、同じスケーリングを持つ。
第二に、様々な弱い相互作用粒子に対するそのような過程の例率を計算する。
最後に、従来のエネルギー交換を超越したこれらのプロセスの量子観測可能性を示す。
非弾性過程における最大コヒーレンス(英語版)は、標的が基底と励起状態の等しい重ね合わせに置かれるときに達成される。
これらのコヒーレント非弾性過程はディック超放射能と類似しており、我々はこれらを超放射能相互作用と呼ぶ。
我々は,C$\nu$B,ダークマター散乱と吸収,原子炉ニュートリノのような後期一様粒子の2レベル系が磁場中の原子スピンや電子スピンによって実現される場合の超放射能相互作用速度を計算する。
我々の発見する速度は、マクロ的だが小さな目標に対して非常に大きなものとなる。
例えば、C$\nu$Bは、10~cmの液体や固体密度スピン偏光球から散乱するときに$$\mathcal{O}(\text{Hz})$と相互作用する。
QCDアキシオンダークマターの場合、同様の値はより小さなサンプルである$N \sim \mathcal{O}(10^{15})\left(\frac{m}{2\times 10^{-8}~\text{eV}}\right)^{-1/2}$で実現できる。
開量子系に対するリンドブラッド形式を用いることで、これらの超ラジカル相互作用が系上のノイズの源として現れることを示す。
このことは、励起と非励起の総和に敏感な新しい観測可能点を指し、系に拡散とデコヒーレンスを導入すると見なすことができる。
この論文で示された効果は、新しいタイプの超低しきい値検出器を指す可能性がある。
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