論文の概要: Exploring dark matter with quantum-enhanced haloscopes and time projection chambers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.14897v1
• Date: Thu, 18 Sep 2025 12:19:18 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-19 17:26:53.207985
• Title: Exploring dark matter with quantum-enhanced haloscopes and time projection chambers
• Title（参考訳）: 量子化ハロスコープと時間射影チャンバーによるダークマターの探索
• Authors: David Díez-Ibáñez,
• Abstract要約: この論文はダークマターの検出に対する実験的および理論的アプローチを探求している。 ダークマターは宇宙のエネルギーの27%を占める。 天体物理学と宇宙学の証拠をレビューし、標準模型の限界を強調し、WIMP、アクシオン、ダーク光子の探索を動機付けている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: This thesis explores experimental and theoretical approaches to dark matter detection, from gas-based detectors to quantum sensors, tackling the challenge of identifying dark matter, which makes up 27% of the Universe's energy. It reviews astrophysical and cosmological evidence, highlights the Standard Model's limitations, and motivates searches for WIMPs, axions, and dark photons through direct, indirect, and collider-based strategies. The experimental work includes the Micromegas-based TREX-DM experiment for low-mass WIMPs, with studies of argon and neon-based gas mixtures, detector design, shielding, readout, and background suppression. GEM integration boosted gain by up to 45. A UV LED-based internal calibration system was developed for compact, low-background operation, while pressure-dependent gain studies optimized future low-background TPCs. The thesis also advances axion and dark photon searches via haloscopes and introduces the DarkQuantum prototype, a superconducting qubit coupled to microwave cavities for single-photon detection. This system enabled the most stringent exclusion limit on massive dark photon interactions at 5.051 GHz, demonstrating the feasibility of quantum-enhanced detectors. Overall, the work bridges classical and quantum detection techniques, advancing WIMP searches and pioneering compact quantum sensors for axion and dark photon detection, laying the foundation for future high-sensitivity dark matter experiments.
• Abstract（参考訳）: この論文は、ガスベースの検出器から量子センサーまで、暗黒物質を検出するための実験的および理論的アプローチを探求し、宇宙のエネルギーの27%を占める暗黒物質を特定するという課題に取り組む。 天体物理学と宇宙学の証拠をレビューし、標準模型の限界を強調し、直接的、間接的、そしてコライダーに基づく戦略を通じて、WIMP、アクシオン、ダーク光子の探索を動機付けている。 実験には、低質量のWIMPのためのマイクロメガスベースのTREX-DM実験、アルゴンとネオン系ガス混合物の研究、検出器設計、遮蔽、読み出し、背景抑制などが含まれる。 GEM統合は最大45.5%上昇した。 高圧依存ゲイン研究は将来の低地TPCを最適化する一方で、小型低地動作のための紫外LEDを用いた内部キャリブレーションシステムを開発した。 この論文はまた、ハロスコープによるアクシオンとダーク光子探索を推進し、単一光子検出のためにマイクロ波キャビティに結合された超伝導量子ビットであるダーククァンタムのプロトタイプを導入した。 このシステムは、5.051 GHzの暗黒光子相互作用において最も厳密な排除限界を実現し、量子増幅検出器の実現可能性を示した。 全体として、この研究は古典的および量子検出技術を橋渡しし、WIMP探索を推進し、アクシオンとダーク光子検出のための小型量子センサーを開拓し、将来の高感度ダークマター実験の基礎を築いた。

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