論文の概要: Ultralight dark matter detection with levitated ferromagnets
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.15330v2
- Date: Sat, 5 Oct 2024 20:48:35 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-11-08 04:41:58.282551
- Title: Ultralight dark matter detection with levitated ferromagnets
- Title（参考訳）: 浮遊強磁性体を用いた超軽量暗黒物質検出
- Authors: Saarik Kalia, Dmitry Budker, Derek F. Jackson Kimball, Wei Ji, Zhen Liu, Alexander O. Sushkov, Chris Timberlake, Hendrik Ulbricht, Andrea Vinante, Tao Wang,
- Abstract要約: 印加された交流磁場に対する浮遊強磁性体の応答について検討する。
既存の誘電体強磁性体は、既に軸-電子結合に匹敵する感度を持つことを示す。
将来の設定は、軸-電子カップリング、暗-光子運動混合、および軸-光子カップリングの感度の高いプローブとなる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 39.9821498525859
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: Levitated ferromagnets act as ultraprecise magnetometers, which can exhibit high quality factors due to their excellent isolation from the environment. These instruments can be utilized in searches for ultralight dark matter candidates, such as axionlike dark matter or dark-photon dark matter. In addition to being sensitive to an axion-photon coupling or kinetic mixing, which produce physical magnetic fields, ferromagnets are also sensitive to the effective magnetic field (or ``axion wind") produced by an axion-electron coupling. While the dynamics of a levitated ferromagnet in response to a DC magnetic field have been well studied, all of these couplings would produce AC fields. In this work, we study the response of a ferromagnet to an applied AC magnetic field and use these results to project their sensitivity to axion and dark-photon dark matter. We pay special attention to the direction of motion induced by an applied AC field, in particular, whether it precesses around the applied field (similar to an electron spin) or librates in the plane of the field (similar to a compass needle). We show that existing levitated ferromagnet setups can already have comparable sensitivity to an axion-electron coupling as comagnetometer or torsion balance experiments. In addition, future setups can become sensitive probes of axion-electron coupling, dark-photon kinetic mixing, and axion-photon coupling, for ultralight dark matter masses $m_\mathrm{DM}\lesssim\mathrm{feV}$.
- Abstract（参考訳）: 浮上した強磁性体は超精密磁気センサとして機能し、環境からの優れた隔離のために高品質な要因を示すことができる。
これらの機器は、アクシオンのようなダークマターやダークフォトンダークマターのような超軽量のダークマター候補の探索に利用できる。
物理的磁場を生成する軸-光子カップリングや運動混合に敏感であるのに加え、強磁性体は軸-電子カップリングによって生じる有効磁場(または「軸風」)にも敏感である。
直流磁場に対する誘電体強磁性体の動的特性はよく研究されているが、これらの結合はすべて交流磁場を発生させる。
本研究では,強磁性体が印加した交流磁場に対する応答について検討し,これらの結果を用いて,アキションや暗光黒物質に対する感度を予測した。
応用交流場によって誘導される運動の方向について特に注意を払っており、特に、応用場(電子スピンに類似)の周りで起こるか、あるいは磁場の平面(コンパス針に類似)でリブレートするかである。
既存の浮遊強磁性体は、コマグネトメーターやねじりバランス実験のような軸-電子カップリングに匹敵する感度を持つことを示す。
さらに、将来の設定は、超軽量の暗黒物質質量に対して、軸-電子結合、暗-光子運動混合、および軸-光子結合の感度の高いプローブとなる。
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