論文の概要: Ultralight dark matter detection with trapped-ion interferometry
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.17825v1
- Date: Wed, 23 Jul 2025 18:00:07 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-25 15:10:42.328275
- Title: Ultralight dark matter detection with trapped-ion interferometry
- Title（参考訳）: トラップイオン干渉計による暗黒物質検出
- Abstract要約: 超軽量暗黒物質による弱い磁場検出のための単一イオン波パケットが新しい経路を開く。
シュル「オーディンガー・キャット」状態の閉じ込められたイオンは、スピンと運動自由度が絡み合った状態で調製できる。
このようなテーブルトップ量子デバイスは、同じ質量窓の軸状粒子ダークマターを補完するプローブとしても機能することを示す。
- 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 explore how recent advances in the manipulation of single-ion wave packets open new avenues for detecting weak magnetic fields sourced by ultralight dark matter. A trapped ion in a ``Schr\"odinger cat'' state can be prepared with its spin and motional degrees of freedom entangled and be used as a matter-wave interferometer that is sensitive to the Aharonov-Bohm-like phase shift accumulated by the ion over its trajectory. The result of the spin-motion entanglement is a parametrically-enhanced sensitivity to weak magnetic fields as compared with an un-entangled ion in a trap. Taking into account the relevant boundary conditions, we demonstrate that a single trapped ion can probe unexplored regions of kinetically-mixed dark-photon dark matter parameter space in the $10^{-15}~\text{eV} \lesssim m_{A'} \lesssim 10^{-14}$~eV mass window. We also show how such a table-top quantum device will also serve as a complementary probe of axion-like particle dark matter in the same mass window.
- Abstract（参考訳）: 超軽量暗黒物質が放出する弱磁場を検出するため, 単一イオン波パケットの操作の最近の進歩について検討する。
シュリンガー・キャット」状態の閉じ込められたイオンは、スピンと運動自由度が絡み合った状態で調製することができ、その軌道上のイオンによって蓄積されるアハロノフ-ボーム様の位相シフトに敏感な物質波干渉計として用いられる。
スピンモーションの絡み合いの結果は、トラップ内の非絡み合いイオンと比較して、弱い磁場に対するパラメトリックエンハンス感度である。
関連する境界条件を考慮し、単一の捕捉されたイオンが10^{-15}~\text{eV} \lesssim m_{A'} \lesssim 10^{-14}$~eV mass windowにおいて、運動的に混合された暗黒物質パラメータ空間の未探索領域を探索できることを実証する。
また、このようなテーブルトップ量子デバイスが、同じ質量窓の軸状粒子ダークマターを補完するプローブとして機能することを示す。
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