論文の概要: Probing the meV QCD Axion with the $\texttt{SQWARE}$ Quantum Semiconductor Haloscope
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.14320v1
- Date: Wed, 17 Sep 2025 18:00:10 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-19 17:26:52.931724
- Title: Probing the meV QCD Axion with the $\texttt{SQWARE}$ Quantum Semiconductor Haloscope
- Title（参考訳）: $\texttt{SQWARE}$ Quantum Semiconductor Haloscope を用いた meV QCD Axion の探索
- Authors: Jaanita Mehrani, Tao Xu, Andrey Baydin, Michael J. Manfra, Henry O. Everitt, Andrew J. Long, Kuver Sinha, Junichiro Kono, Shengxi Huang,
- Abstract要約: そこで本研究では,MeV質量範囲におけるアクシオンダークマターの直接検出のための実験プラットフォームを提案する。
磁気プラズモン空洞から放射的に放射される軸イオン誘起電磁信号は、最先端の光検出器によって検出される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.6023169749558368
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We propose the Semiconductor-Quantum-Well Axion Radiometer Experiment ($\texttt{SQWARE}$) -- a new experimental platform for direct detection of axion dark matter in the meV mass range -- based on resonantly enhanced axion-photon conversion through the inverse Primakoff effect in engineered quantum semiconductor heterostructures. The core of the radiometer is a GaAs/AlGaAs multiple quantum well structure forming a magnetoplasmonic cavity, containing an ultrahigh-mobility two-dimensional electron gas, which realizes a tunable epsilon-near-zero resonance in the terahertz frequency range. By controlling the orientation of the cavity within a strong external magnetic field, both the resonance frequency and the axion-induced current are optimized $\textit{in situ}$, enabling efficient scanning across a broad mass range without complex mechanical adjustment. The axion-induced electromagnetic signal radiatively emitted from the magnetoplasmonic cavity is detected by a state-of-the-art photodetector. We present the theoretical basis for resonant enhancement, detail the experimental design and benchmarks through extensive simulations, and project the sensitivity of $\texttt{SQWARE}$ for several realistic configurations. Our results demonstrate that $\texttt{SQWARE}$ can probe the well-motivated quantum chromodynamics axion parameter space and close a critical gap in direct searches at meV masses.
- Abstract（参考訳）: 我々は、半導体半導体ヘテロ構造における逆プリマコフ効果による共鳴的に強化されたアクチオン-光子変換に基づいて、meV質量範囲におけるアクチオンダークマターを直接検出するための新しい実験プラットフォームであるセミコンダクタンス-量子-ウェルアクチオン放射計実験($)を提案する。
放射計の中核はGaAs/AlGaAs多重量子井戸構造で磁気プラズモン空洞を形成し、超高運動量の2次元電子ガスを含む。
強磁場中におけるキャビティの配向を制御することにより、共振周波数とアクシオン誘起電流の両方を最適化し、複雑な機械的調整なしに広い質量範囲を効率的に走査することができる。
磁気プラズモン空洞から放射的に放射される軸イオン誘起電磁信号は、最先端の光検出器によって検出される。
本稿では, 共振器の強化に関する理論的基礎, 実験設計とベンチマークを広範囲なシミュレーションにより詳細に検討し, いくつかの現実的な構成に対して$\texttt{SQWARE}$の感度を予想する。
我々の結果は、$\texttt{SQWARE}$は、よく動機付けられた量子色力学の軸パラメータ空間を探索し、meV質量の直接探索における臨界ギャップを閉じることができることを示した。
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