Extending the reach of axion-photon regeneration experiments towards larger masses with phase shift plates
Joerg Jaeckel, Andreas Ringwald
我们提出了一个方案，以扩大轴子光子再生实验的灵敏度向更大的质量与适当选择和放置相移板的帮助。
We present a scheme to extend the sensitivity of axion-photon regeneration experiments towards larger masses with the help of properly chosen and placed phase shift plates.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
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Resonantly Enhanced Axion-Photon Regeneration
我们指出，光子再生实验，寻找轴子，或轴子样粒子，可以共振增强采用匹配的法布里-珀罗光学腔，包括轴子生产和转换磁场区域。与使用单通几何形状的激光器的简单光子再生实验相比，该技术可以导致${\cal F}^2$阶速率的增益，其中${\cal F}$是腔的精细度。这种增益可能是可行的$10^{(10-12)}$，对应于${\cal F}^{1/2} \sim 10^{(2.5-3)}$阶的轴子-光子耦合的灵敏度的改进，$g_{aγγ}$，允许实际的纯实验室搜索来探测先前未被恒星演化限制或太阳轴子搜索排除的轴子-光子耦合。
A Photon Regeneration Experiment for Axionlike Particle Search using X-rays
在这封信中，我们描述了我们的新的光子再生实验的轴子粒子搜索使用的光子能量为50.2 keV和90.7 keV的X射线束，两个超导磁体的3 T，和Ge探测器具有高量子效率。测量了与零相容的再生光子计数率。得到了类轴子粒子-双光子耦合常数随粒子质量变化的相应极限。我们的设置拓宽了纯陆地实验的能量窗口，致力于通过耦合到两个光子的轴子粒子搜索。这也为光子在磁场中的传播开辟了一个新的实验研究领域。
Detailed design of a resonantly-enhanced axion-photon regeneration experiment
描述了一个寻找轴子或类轴子粒子的共振增强光子再生实验。这个实验是一个透过墙壁的研究，其中光子穿过强磁场（部分）转换为轴子;轴子可以穿过不透明的墙壁，并在第二个强磁场区域中（部分）转换回光子。通过采用匹配的法布里-珀罗光学腔来增强光子再生，其中一个腔在轴子产生磁体内，第二个腔在光子再生磁体内。与简单的单程光子再生相比，这种技术将产生（F/pi）^2的增益，其中F是每个腔的精细度。这种增益可能高达10^（10），相当于对轴子-光子耦合的灵敏度g_（agg）提高到（F/π）^（1/2）~ 300量级。这一改进将首次使纯实验室实验能够探测轴子-光子耦合，其水平可与恒星演化或太阳轴子搜索的限制相竞争或更高。本报告详细讨论了主动控制两个法布里-珀罗腔和激光频率的方案，并描述了外差信号检测系统，最终限制由散粒噪声。
Advancing axion detection: Photon regeneration in high-sensitivity Penning trap experiments
研究将光子再生技术与高灵敏度潘宁阱技术结合用于轴子探测，利用潘宁阱优势，通过微波腔共振增强光子再生提高对轴子-光子耦合的灵敏度，给出初步计算的高灵敏度结果。
Latest Results of the OSQAR Photon Regeneration Experiment for Axion-Like Particle Search
OSQAR光子再生实验采用"光穿墙"的方法寻找赝标和标量类轴子粒子，假设这些弱相互作用的亚eV粒子在强磁场中与两个光子耦合产生与可见光子的量子振荡。没有多余的事件已被观察到，这约束的双光子耦合强度的赝标量和标量粒子下降到$5.7 \cdot 10^{-8}$ GeV $^{-1}$在无质量的限制。这一结果是在实验室实验中获得的双光子耦合强度的最严格的约束。
Challenges and Opportunities for the Next Generation of Photon Regeneration Experiments
近年来，光子再生实验寻找光子振荡成假设的非常弱相互作用的超轻粒子，如轴子，类轴子和隐藏的扇区粒子的签名，大大提高了它们的灵敏度。激光和探测器技术的重要进展，以及加速器中可用磁铁的回收利用，可能会使灵敏度进一步提高，这样，第一次，激光穿过墙壁实验将探索尚未被天体物理学和宇宙学排除在外的参数空间领域。我们回顾这些挑战和机会，为下一代的实验。
Axion production and detection with superconducting RF cavities
我们提出了一种新的设计，实验室搜索轴子的基础上光子再生超导RF腔。我们的特定设置使用环形线圈作为受限静态磁场的区域，而生产和检测腔位于外部场消失的区域中。这允许在$Q \sim 10^{10} - 10^{12}$的品质因数下的腔操作。由于基本问题，如信号屏蔽和反反应的限制进行了讨论，并计算出最佳的灵敏度。这种实验设计可以潜在地探测超出天体物理极限的轴子-光子耦合，与下一代光学实验相当并互补。
Production and Detection of Axion-like Particles by Interferometry
我们提出了一个干涉测量实验的轴子样粒子（ALPs）的检测。在普通的光子再生（光穿过墙壁）实验中，激光束穿过磁场渗透的区域，光子通过Primakoff过程转换为ALP，导致轻微的功率损失和相移。然后将光束与源自相同源的参考光束组合。检测到输出强度的变化将发出ALP（或可能以类似方式耦合到光子的其他粒子）存在的信号。因为只需要一个转换阶段，所以信号是${\cal O}(g^2_{aγγ})$，而不是用于光子再生实验的${\cal O}(g^4_{aγγ})$，其中$g_{aγγ}$是ALP和光子之间的耦合。这种对光子再生的改进由于散粒噪声的存在而无效，然而散粒噪声可以通过使用压缩光来减少，从而导致对$g_{aγγ}$的灵敏度比普通光子再生实验提高了$10^{1/2}$的数量级（假设$10{\rm dB}$噪声抑制）。此外，我们的设置可以直接结合光学延迟线或法布里-珀罗腔，以$n\sim10^3$的因子增强信号，其中$n$是激光束折叠的次数。这样，与光子再生实验中实现的$n^{1/4}$增强相比，我们可以通过另一个因子$n^{1/2}\sim 10^{1.5}$更好地约束$g_{aγγ}$。
Simulation of Classical Axion Electrodynamics using COMSOL Multiphysics
本文利用 COMSOL Multiphysics 和有限元方法，对碟形天线、腔体、介电晕环仪及轴子-光子再生等实验中的经典轴子电动力学进行数值模拟，验证其与解析解一致。
Production and Detection of Axion-Like Particles at the VUV-FEL: Letter of Intent
最近，PVLAS合作报告了在横向磁场存在下真空中产生的光的偏振的极大旋转的证据。这可能是通过产生一个新的光自旋零粒子耦合到两个光子来解释的。在这份意向书中，我们建议通过建立一个光子再生实验来检验这一假设，该实验利用了沿尺寸为BL ~ 30 Tm的偶极磁体的线性排列的横向磁场发送的氘-紫外自由电子激光VUV-FEL的光子束。在VUV-FEL的高光子能量大幅增加预期的光子再生率在PVLAS异常暗示的质量范围内，在类似功率的可见光激光器的预期率相比。我们发现，粒子的PVLAS结果的解释，可以在很短的运行时间内进行测试。通过改变磁场相对于激光偏振的方向，可以确定赝标量与标量的性质。粒子的质量可以通过在不同的光子能量下运行来测量。拟议的实验提供了一个窗口的机会，一个坚定的建立或排除粒子解释的PVLAS异常之前，其他实验可以竞争。
Classical Casimir pressure in the presence of axion dark matter
本文研究磁场中振荡轴子场对金属板间经典压力的共振影响，分析电导率导致的展宽，并评估未来 Casimir 实验探测轴子质量的潜力。
STAX. An Axion-like Particle Search with Microwave Photons
我们讨论了一个改进的检测方案的光照射穿墙（LSW）实验类轴子粒子搜索。我们建议用途：回旋管或速调管，其可以在大约30 GHz的频率下提供极强的光子通量;在该频域中的具有效率$\approx1$的过渡边缘传感器（TES）单光子探测器;在光子-轴子转换侧和光子再生侧两者上的微波域中的高品质因数法布里-珀罗腔。我们计算出，目前实验室的排斥限制类轴子粒子可能会提高至少四个数量级的轴子质量$\lesssim 0.02$毫电子伏。
Resonant Regeneration in the Sub-Quantum Regime -- A demonstration of fractional quantum interference
光透过墙壁实验（在光学和微波领域）是一个强大的工具，可以用来寻找与光子耦合非常弱的光粒子，如轴子或额外的隐藏扇区光子。共振再生是利用共振腔提高光子再生率的一种新技术，是提高下一代实验灵敏度的最有前途的技术之一。然而，有人怀疑这种方法是否能在非常低的再生率下工作，即平均空腔包含少于一个光子。在这篇文章中，我们报告了一个演示实验，使用极低功率驱动的微波腔，以表明谐振放大工作也在这一制度。根据标准的量子力学，这是一个证明，干涉也工作在小于一个量子的水平。作为一个额外的好处，这个实验表明，腔内的热光子不会造成不利影响。
Constraining axion coupling constants from measuring the Casimir interaction between polarized test bodies
我们提出了一个实验测量两个平行的SiC板与对齐的核自旋之间的有效卡西米尔压力。利用单轴子交换过程计算了强子和大统一理论轴子对轴中子耦合常数的预期约束。为此，推导出两个极化板之间由于组成费米子之间交换一个轴子而产生的附加压力的一般表达式。我们证明，只有垂直于板的偏振分量有助于压力。所获得的压力可以是排斥性的和吸引性的，这取决于两个板的极化是单向的还是指向相反的方向。它示出，虽然在磁化板的情况下得到的轴子-电子耦合的约束是没有竞争力的，在一个轴子-中子耦合的约束与极化核自旋的板是相同的数量级的那些先前获得的大统一体轴子单独使用的过程中的两个轴子交换。拟议的实验还允许加强目前已知的约束，通过使用一个和两个轴子交换过程的大统一体轴子的轴子-中子耦合常数。
Photon Regeneration Plans
利用低能光子的精密实验可能会产生补充高能对撞机实验的粒子物理学信息，特别是在标准模型的许多扩展中预测的新的非常轻和非常弱的相互作用粒子。这样的粒子可以由沿横向磁场发送的激光光子产生。激光偏振实验PVLAS可能已经通过观察光子在通过磁场之后的偏振平面的极大旋转而看到了这种粒子的第一个间接信号。这可以解释为光子消失的证据，由于粒子的产生。有许多实验建议独立测试PVLAS的粒子解释。他们中的许多人是基于对光子再现或再生的研究，即“透过墙壁的光”。在DESY，类轴子粒子搜索（ALPS）合作目前正在建立这样的实验。
Axionic Casimir Torque
本研究针对轴子梯度打破卡西米尔效应真空各向同性的问题，通过分析不对称零点涨落，推导得出轴子梯度与板法向夹角相关的宏观机械扭矩，拓展了卡西米尔效应的研究范畴。
Casimir pressure with dissipation and quantum corrections from axion dark matter
研究振荡轴子暗物质对金属板间卡西米尔压力的影响，考虑耗散并计算轴子标度下的主要量子修正，发现大距离处因宇称破坏产生排斥性振荡修正。
Signatures of axion-like particles in the spectra of TeV gamma-ray sources
在PVLAS实验中观察到的无法解释的签名的一种解释调用了一种新的具有双光子顶点的类轴子粒子（ALP），允许在存在磁场的情况下进行光子ALP振荡。在PVLAS建议的质量和耦合范围内，同样的效应会导致高能光子源的特殊变暗。对于星系中湍流磁场的典型参数，效应在E_gamma >~ 10 TeV时开始，在TeV伽马源的光谱中提供ALP签名，可以用切伦科夫望远镜探测。如果正在进行的光子再生实验证实了PVLAS粒子的解释，一个专门的搜索将是强烈的动机。
Axion Electrodynamics and the Axionic Casimir Effect
本文给出了轴子电动力学的一般格式，其中假定周围介质的介电常数和磁导率为常数。作为应用，我们给出了电中性含时轴子$a=a(t)$在强磁场中产生的电磁流密度的简单数值估计。众所周知，$a=a(t)$假设在天体物理条件下是常见的。在论文的第三部分，我们考虑的影响，而不是假设一个轴子振幅$a(z)$取决于一个坐标$z$。如果这样一个轴子场包含在两个大的金属板之一，获得一个轴子产生分裂的本征模的色散关系。这些模态对板块上的压力的贡献是相等的，尽管是相反的。我们在一个简单的一维模型中计算了分裂效应的大小。
Experimental Searches for the Axion and Axion-like Particles
在预测40年后，轴子仍然是强CP问题最令人信服的解决方案，也是一个动机良好的暗物质候选者，激发了大量基于轴子-光子混合的优雅和超灵敏实验。本报告审查了几个方面的实验情况。微波腔实验在微电子伏范围内寻找暗物质轴子方面取得了很大进展，可能扩展到100 μ eV。然而，在过去的几年里，人们已经认识到，轴子在整个弦论中是普遍存在的，但其质量自然落在纳电子伏特范围内，基于NMR的研究正在发展中。近年来，对太阳燃烧的核心发射出的轴子的研究，以及基于光子再生的纯实验室实验都取得了长足的进步，并为未来十年提出了雄心勃勃的项目。这些活动都推动了技术的发展，使敏感性和群众影响力大幅提高。此外，每种模态也被用来寻找更广义的轴子类粒子，这也将在本报告中讨论。我们希望，甚至乐观地认为，下一次对这一主题的回顾将涉及轴子的发现、它的性质以及它作为早期宇宙学和结构形成的探测器的利用。
Horn-array haloscope for volume-efficient broadband axion searches
针对暗物质轴子搜索，提出一种采用喇叭天线阵列与反射器聚焦的量热计方案，通过增大金属板表面积提升转换功率，在太赫兹区域显著提高实验灵敏度。
Constraints on the parameters of axion from measurements of thermal Casimir-Polder force
通过测量$^{87}$ Rb原子的玻色-爱因斯坦凝聚体与SiO $_2$板之间的热Casimir-Polder力，得到了轴子和类轴子与质子和中子的赝标耦合常数的更强约束.为此，计算了由于两个轴子交换作用在凝结云和平板之间的附加力。所得到的约束是指从0.1meV到0.3eV的轴子质量与目前认为最有前途的0.01meV到10 meV的区域重叠。
Axion-Induced Casimir Interaction Between Graphene Plates
研究轴子暗物质在含平行石墨烯界面平面腔中诱导的电磁效应，通过考虑多种因素得到感应电场和压力的解析表达式，发现压力在特定间距共振增强，受石墨烯参数影响，确定了效应相关参数范围，为探测轴子电磁现象提供灵敏框架。
Axion-like Particle Search with a Light-Shining-Through-Walls Setup at a $γ$-$γ$ Collider
研究利用γγ对撞机高强度γ射线束扩展传统光穿墙技术，通过逆康普顿散射产高效类轴子，加再生区构成完整装置，提高实验室对类轴子粒子的探测灵敏度。
On the Axion Electrodynamics in a two-dimensional slab and the Casimir effect
本文通过微扰求解有限宽度二维平板中轴子与电磁场耦合的方程，推导出轴子引起的电磁场旋转角，并据此计算两导电平板间的卡西米尔力，扩展了轴子电动力学中的卡西米尔效应研究。
The Axion-Photon Mixing and the Extragalactic Magnetic Background: Plateau Regimes, Resonances, and Non-Gaussian Boosts
研究轴子-光子混合与 extragalactic 磁场背景，揭示非高斯性对光子存活率的增强效应及VHE伽马射线谱的观测意义。
Axion generation and detection in laser-plasma wakefields
利用激光-等离子体激元相互作用实现原位轴子生成与探测，通过Primakoff过程提升轴子产生效率并约束轴子-光子耦合。
Probing the axion-photon coupling with space-based gravitational waves detectors
提出修改空间引力波探测器光学平台，用圆偏振器替换半波片，以测量轴子暗物质引起的真空双折射，虽灵敏度略降但使LISA等成为低轴子质量最灵敏实验。
Search for weakly interacting sub-eV particles with the OSQAR laser-based experiment: results and perspectives
最近的理论和实验研究突出了新的基本粒子物理学的可能性，超越了标准模型，可以通过亚电子伏特的能量实验进行探测。OSQAR光子再生实验在9 T的横向磁场中，在前所未有的$2 \times 14.3$ m长度上，从光学光子到"弱相互作用亚电子伏粒子"（WISP）（如轴子或类轴子粒子（ALP））的量子振荡中寻找"光穿墙"（LSW）。在背景上没有检测到过多的事件。可能的新的轻标量和赝标量粒子的双光子耦合可以被限制在无质量极限中小于$8.0\times10^{-8}$ GeV $^{-1}$。这些结果是非常接近的最严格的实验室限制获得的耦合的ALP两个光子。提出了进一步提高OSQAR实验灵敏度的计划。
Hardening of TeV gamma spectrum of AGNs in galaxy clusters by conversions of photons into axion-like particles
一小部分产生VHE伽马射线的活动星系核位于星系团中。团簇内介质中存在的磁场将导致VHE光子转化为类轴子粒子（ALP），这是标准模型的几个扩展的一般预测。以这种方式产生的ALP将穿越不受河外背景光影响的宇宙学距离，而VHE光子则会被大量吸收。最终，一部分重要的ALP会在银河系的磁场中重新转化为VHE光子。这一机制使星系团中活动星系核的VHE谱显著硬化。作为一个具体的例子，我们考虑两个观测到的VHE伽马射线源位于星系团，即1ES 0414 + 009在红移z = 0.287和MKN 501在z = 0.034的能谱。我们发现，硬化在所观察到的光谱变得相关的E> 1 TeV。对这一特征的探测将允许用目前运行的成像大气切伦科夫望远镜（如H.E.S.S.）间接探测质量m_a <10 ^{-8} eV且光子-ALP耦合g_{a gamma} <10 ^{-10} GeV ^{-1}的超轻ALP的存在，MAGIC、VERITAS和CANGAROO-III，甚至更有可能与CTA、HAWC和HiSCORE等计划中的探测器一起使用。对这一机制中调用的超轻ALP进行独立的实验室检查，可以与DESY的光子再生实验ALPS的计划升级和下一代太阳轴子探测器IAO一起进行。
Importance of axion-like particles for very-high-energy astrophysics
标准模型的几个扩展预言了类轴子粒子（ALP）的存在，这是一种具有双光子耦合的非常轻的自旋零玻色子。ALP可以在甚高能天体物理学中产生可观测的效应。在大约100 GeV以上，可观测宇宙的视界随着能量的增加而逐渐缩小，这是由于光束光子从光学和红外波段的背景光子散射，产生了e+e-对。在大尺度磁场存在的情况下，耀变体发射的光子可以在到达地球的途中振荡成ALP，并在到达地球之前返回光子。由于ALP不与背景光子相互作用，因此光束光子的有效平均自由程增加，从而提高光子存活概率。虽然吸收概率随能量而增加，但光子ALP振荡与能量无关，因此与标准预期相比，存活概率随能量而增加。我们已经对这种效应进行了系统的分析，解释了目前关于耀变体的甚高能量光子的数据。我们的预测可以用目前运行的切伦科夫望远镜（如H.E.S.S.）进行测试，MAGIC、VERITAS和CANGAROO III以及ARGO-YBJ和MILAGRO等探测器，以及计划中的切伦科夫望远镜阵列和HAWC射线天文台。具有产生上述效应的正确特性的ALP可能会被FERMILAB的GammeV实验发现，并且肯定会被DESY计划中的光子再生实验ALPS发现。
Axiverse Lampposts
本文通过N个耦合轴子模型研究弦轴子景观，发现轴子场范围随N增加而缩小，且最重模式与最小动能本征值对齐，导致探测前景受抑制，但QCD轴子例外，并指出耦合轴子暗物质在低尺度暴胀下对初始条件的调谐更宽松。
Energy-independent neutrino dephasing from an ultralight axion-like background
该研究分析超轻类轴子粒子暗物质背景下的中微子振荡，推导其退相干特性，将JUNO首批数据的阻尼约束映射到味基准，给出相关参数限制。
A proposal for a low-frequency axion search in the 1-2 $μ$eV range and below with the BabyIAXO magnet
本文提出在BabyIAXO磁体内实现低频轴子晕望远镜装置，利用不同尺寸腔体和LC电路覆盖1-2 $μ$eV及更低质量范围，对轴子-光子耦合及隐光子进行高灵敏度搜索。
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