論文の概要: Sensitively searching for microwave dark photons with atomic ensembles
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.00786v1
- Date: Sun, 01 Dec 2024 12:20:45 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-04 15:42:12.092958
- Title: Sensitively searching for microwave dark photons with atomic ensembles
- Title（参考訳）: 原子アンサンブルを用いたマイクロ波暗黒光子の感度探索
- Authors: Suirong He, De He, Yufen Li, Li Gao, Xianing Feng, Hao Zheng, L. F. Wei,
- Abstract要約: 本研究では、原子アンサンブルの混合誘起量子状態遷移を非破壊的に探すことにより、ダーク光子を検出することが可能なアプローチを提案する。
具体的には、人工原子アンサンブル検出器を用いて、ミリ波帯とセンチ波帯の暗黒光子が検出可能であることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.023336056914498
- License:
- Abstract: Dark photon is one of the promising candidates of light dark matter and could be detected by using its interaction with standard model particles via kinetic mixings. Here, we propose a feasible approach to detect the dark photons by nondestructively probing these mixing-induced quantum state transitions of atomic ensembles. Compared with the scheme by probing the mixing-induced quantum excitation of single-atom detector, the achievable detection sensitivity can be enhanced theoretically by a factor of $\sqrt{N}$ for the ensemble containing $N$ atoms. Specifically, we show that the dark photons, in both centimeter- and millimeter-wave bands, could be detected by using the artificial atomic ensemble detector, generated by surface-state electrons on liquid Helium. It is estimated that, with the detectable transition probability of $10^{-4}$, the experimental surface-state electrons (with $N = 10^8$ trapped electrons) might provide a feasible approach to search for the dark photons in $18.61-26.88$ $\mu$eV and $496.28-827.13$ $\mu$eV ranges, within about two months. The confidence level can exceed 95\% for the achievable sensitivities being $10^{-14} \sim 10^{-13}$ and $10^{-12} \sim 10^{-11}$, respectively. In principle, the proposal could also be generalized to the other atomic ensemble detectors for the detection of dark photons in different frequency bands.
- Abstract（参考訳）: ダークフォトンは明るいダークマターの候補の1つであり、キネティックミキシングによって標準モデル粒子との相互作用を用いて検出することができる。
本稿では、原子アンサンブルの混合誘起量子状態遷移を非破壊的に探索することにより、暗黒光子を検出することが可能なアプローチを提案する。
単一原子検出器の混合誘起量子励起によるスキームと比較して、達成可能な検出感度は、$N$原子を含むアンサンブルに対して$\sqrt{N}$の係数で理論的に向上することができる。
具体的には、液体ヘリウムの表面状態電子が生成する人工原子アンサンブル検出器を用いて、ミリ波帯とセンチ波帯の両方の暗黒光子を検出することを示した。
検出可能な遷移確率が 10^{-4}$ の場合、実験的な表面状態電子(N = 10^8$ 閉じ込められた電子)は、約2ヶ月以内に18.61-26.88$ の暗黒光子と496.28-827.13$ の暗黒光子の探索が可能なアプローチをもたらすと推定されている。
達成可能な感度は、それぞれ10^{-14} \sim 10^{-13}$と10^{-12} \sim 10^{-11}$の95%を超える。
原則として、この提案は異なる周波数帯域における暗い光子を検出するために他の原子アンサンブル検出器にも一般化できる。
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