The CAST experiment: status and perspectives
将讨论欧洲核子研究中心轴子太阳望远镜（CAST）的太阳轴子搜索状况。将提供CAST阶段II第一部分的结果，其中磁体孔填充有可变压力下的\hefour气体，以便扫描高达0.4 eV的\ma。当磁铁指向太阳时，由于没有多余的X射线，我们为$\gag \lesssim 2.17 \times10^{-10}$ GeV $^{-1}$的轴子-光子耦合设置了一个典型的上限，对于\ma $<0.4$ eV，其CL为95%，确切的结果取决于压力设置。自去年以来，我们使用\hethree作为缓冲气体来寻找质量高达约1.2 eV的轴子，目前正在CAST第二阶段的第二部分中进行。对情感的期望将被给予。将引发新日光镜实验的近期前景以及更长期的选择。
2009-12-21 hep-ex
First results of the CAST-RADES haloscope search for axions at 34.67 $μ$eV
我们目前的遗迹轴子暗物质探测装置（RADES），这是欧洲核子研究中心轴子太阳望远镜（CAST）的一部分，在34.67 $μ$ eV质量范围内寻找轴子暗物质的检测器的结果。利用这种滤波器状的晕圈结构，首次实现了一个由5个子腔组成的射频腔在CAST偶极磁体内部的物理测量。在34.6738 $μ$ eV < $m_a$ < 34.6771 $μ$ eV的质量范围内，设定g $_{aγ}\gtrsim 4\times10^{-13} \text{GeV}^{-1}$的轴子-光子耦合常数的具有95%可信度水平的排除极限。这构成了一个显着的改进，目前最强的限制设置的CAST在这个质量，并在同一时间的一个最敏感的直接搜索的轴子暗物质候选人以上的质量为25 $μ$ eV。结果还表明，在这项工作中，使用类似的相干谐振腔，探索更广泛的质量范围周围的值由CAST-RADES探测的可行性。
2021-10-27 hep-ex
Probing eV-scale axions with CAST
我们使用欧洲核子研究中心的轴子太阳望远镜（CAST）装置寻找太阳轴子或其他耦合到两个光子的赝标量粒子。而我们以前已经报告的结果，从CAST与抽空的磁铁孔（第一阶段），设置限制较低的质量轴子，在这里，我们报告的结果，从CAST的磁铁孔充满了\hefour气体（第二阶段）的可变压力。气体的引入产生折射光子质量$m_γ$，从而实现与$m_γ$匹配的那些轴子质量\ma的最大可能转换率。在160个不同的压力设置下，我们扫描了高达约0.4 eV的\ma，每个设置获取约2小时的数据。当磁铁指向太阳时，由于没有多余的X射线，我们将$\gag\lesssim 2.17\times 10^{-10} {\rm GeV}^{-1}$的轴子-光子耦合的典型上限设置为$\ma \lesssim 0.4$ eV的95% CL，确切的结果取决于压力设置。排除的参数范围涵盖了现实的轴子模型与Peccei-Quinn尺度附近的$f_{\rm a}\sim10^{7}$ GeV。目前，在CAST第二阶段的第二部分，我们正在寻找质量高达约1.2 eV的轴子使用\hethree作为缓冲气体。
2009-01-09 hep-ex
Solar axion search with the CAST experiment
欧洲核子研究中心（CERN）的轴子太阳望远镜（CAST）实验正在寻找太阳轴子，通过它们在LHC偶极子的磁管内转换为光子。对磁管真空实验第一阶段记录的数据进行分析，得出了轴子与光子的耦合常数的最严格的实验极限。在第二阶段，CAST在磁管内使用缓冲气体，以扩大实验对更高轴子质量的灵敏度。我们将介绍$^{4}{\rm He}$数据采集的第一批结果以及去年为使实验适应$^{3}{\rm He}$数据采集而进行的系统升级。预期的灵敏度上的耦合常数的轴子光子将给出最近的$^{3}{\rm He}$运行刚刚开始于2008年3月。
2008-10-10 hep-ex
Search for 14.4 keV solar axions emitted in the M1-transition of 57Fe nuclei with CAST
我们已经搜索了14.4 keV的太阳轴子或更一般的类轴子粒子（ALP），这可能是在M1核跃迁的57 Fe，通过使用轴子到光子的转换在欧洲核子研究中心的轴子太阳望远镜（CAST）与真空磁铁孔（阶段I）。当磁体指向太阳时，单能X射线不存在过剩，我们对耦合到两个光子和一个核子g_{aγ}的赝标粒子的耦合常数设置了与模型无关的约束|-1.19 g_{aN} ^{0}+ g_{aN} ^{3}|对于m_{a} <0.03 eV，在95%置信水平下，<1.36 \times 10^{-16} GeV^{-1}。
2009-12-04 hep-ex
The CERN Axion Solar Telescope (CAST): status and prospects
CAST实验正在CERN进行。它将利用一个退役的大型强子对撞机测试磁铁，通过在磁场内将其转换为光子来寻找太阳轴子。该磁体的磁场为9特斯拉，长度为10米，安装在一个平台上，可以垂直移动约8度，水平移动约40度。根据这些数据，我们预计当轴子质量m < ~10^-2 eV时，轴子-光子耦合的灵敏度为~5 x 10^-11 GeV^-1，当轴子质量m < ~2 eV时，充气管的灵敏度为10^-10 GeV^-1。
2002-12-01 astro-ph hep-ex
An improved limit on the axion-photon coupling from the CAST experiment
我们已经搜索了太阳轴子或类似的粒子，耦合到两个光子使用欧洲核子研究中心的轴子太阳望远镜（CAST）设置与所有探测器的改进条件。当磁体指向太阳时，由于没有多余的X射线，我们将95% CL下的轴子-光子耦合上限设定为8.8 x 10^{-11} GeV^{-1}，此时m_a <~ 0.02 eV。这一结果是轴子质量范围较广的最佳实验极限，对于m_a <~ 0.02 eV的情况，也取代了以前从球状星团恒星的能量损失论证中得出的极限。
2007-03-23 astro-ph hep-ex
First results from the CERN Axion Solar Telescope (CAST)
假设具有双光子相互作用的类轴子粒子将通过Primakoff过程在太阳中产生。在实验室的磁场（"轴子太阳镜“）中，它们将被转化为能量为几千电子伏的X射线。使用退役的LHC试验磁体，CAST在2003年期间已经运行了大约6个月。本文介绍了这些数据分析的第一批结果。没有观察到高于背景的信号，这意味着当m_a <~0.02 eV时，在95% CL下，轴子-光子耦合的上限< 1.16 10^{-10} GeV^-1。这个极限与恒星能量损失的极限相当，而且比以前在这个轴子质量范围内的任何实验都要严格得多。
2005-03-01 astro-ph hep-ex
Search for solar axions produced through the axion-electron coupling $g_{ae}$ using a new GridPix detector at CAST
本文利用CAST上的新型7-GridPix探测器搜寻通过轴子-电子耦合产生的太阳轴子，在约160小时数据中未发现显著超出本底的信号，从而对$g_{ae}\cdot g_{aγ}$设定了优于此前太阳轴子望远镜的新上限，并展示了GridPix技术在稀有事件搜寻中的潜力。
2025-08-19 hep-ex
CAST search for sub-eV mass solar axions with 3He buffer gas
欧洲核子研究中心的轴子太阳望远镜（CAST）已经通过使用3 He作为缓冲气体来扩展对太阳轴子的搜索。在T=1.8 K时，这允许更大的压力设置，因此比我们以前使用4 He的测量对更高的轴子质量敏感。在252个不同的压力设置下，每一个都采集了大约1小时的数据，我们扫描了轴子质量范围0.39 eV < m_a < 0.64 eV。当磁体指向太阳时，由于没有多余的X射线，我们设定了一个典型的轴子-光子耦合上限，g_ag < 2.3 x 10^{-10} GeV^{-1}，CL为95%，精确值取决于压力设置。KSVZ轴子被排除在我们的质量范围的上端，这是有史以来第一次对太阳轴子的搜索。将来我们将把我们的研究扩展到m_a < 1.15 eV，与宇宙学热暗物质边界相重叠。
2012-10-04 hep-ex
Search for low Energy solar Axions with CAST
我们已经开始开发一种探测器系统，对eV能量范围内的单光子敏感，以适当地耦合到CAST磁体端口之一。这个系统应该打开一个窗口，可以探测到太阳发射的低能类轴子粒子。初步测试涉及一个冷却的光电倍增管耦合到CAST磁铁通过伽利略望远镜和切换40米长的光纤。该系统在理想条件下已经达到了探测器的极限背景水平，并在CAST进行了两次太阳跟踪运行。这样的测量以前从来没有用轴子日光镜做过。我们将介绍这些运行的结果，并简要讨论未来的探测器的发展。
2008-09-29 hep-ex
Axion helioscopes update: the status of CAST and IAXO
自从他们提出强CP问题的一个很好的解决方案以来，将近35年，轴子仍然是暗物质的少数可行候选者之一，尽管仍然无法检测到。大多数探测方法都是基于它们与光子的耦合，其中最敏感的方法之一是日光镜技术。我们报告的当前状态的欧洲核子研究中心的轴子太阳望远镜和未来的国际轴子天文台（IAXO）。最近的结果从第二部分的CAST阶段II，其中的磁铁孔充满了3 He气体在可变的压力实现灵敏度的轴子质量高达1.2 eV，提出。目前，在升级X射线探测器和安装第二个X射线光学器件之后，CAST有望提高其对静止质量低于0.02 eV/c^2的太阳轴子的灵敏度。与此同时，它正在探索低能物理前沿的其他可能性。另一方面，第四代轴子日光镜IAO旨在将CAST的轴子-光子耦合性能提高1-1.5个数量级。给出了该项目建造专用磁铁、光学器件和X射线探测器的详细信息。
2015-01-07 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
CAST: A search for solar axions at CERN
欧洲核子研究中心的新轴子太阳望远镜在2002年9月开始收集数据：CAST（欧洲核子研究中心轴子太阳望远镜）使用退役的LHC偶极磁铁将假定的太阳轴子或类轴子粒子转换为可检测的光子。前所未有的偶极磁体强度和长度（9.5 T，10 m）导致了对这些粒子的预测灵敏度首次超过了天体物理学的限制，增加了发现的机会。X射线聚焦光学器件和最先进的探测器技术的使用使得地面实验的背景极低。简要的现状报告，重点是跟踪和控制系统和未来可能的扩展。
2003-04-15 astro-ph hep-ex hep-ph
A new upper limit on the axion-photon coupling with an extended CAST run with a Xe-based Micromegas detector
本研究通过扩展CAST运行（使用IAXO探路者探测器并部分采用氙基气体混合物），将曝光时间翻倍，未检测到太阳轴子信号，将轴子-光子耦合上限（mₐ≲0.02 eV）提升至5.8×10⁻¹¹ GeV⁻¹（95%置信水平），为IAXO未来探测器配置提供技术见解。
2024-12-04 hep-ex
Search for Dark Matter Axions with CAST-CAPP
CAST-CAPP轴子晕圈镜，在欧洲核子研究中心的CAST偶极磁铁内运行，已经在19.74 $μ$ eV到22.47 $μ$ eV的质量范围内搜索了轴子。探测概念遵循Sikivie Haloscope原理，其中暗物质轴子在浸没在磁场中的谐振器内转换为光子。CAST-CAPP谐振器是一个由四个单独的矩形腔组成的阵列，插入一个强偶极磁体中，相位匹配以最大限度地提高检测灵敏度。在这里，我们报告了2019年至2021年4124小时的数据。每个谐振腔都配备了在4.774 GHz和5.434 GHz之间10 MHz/min的快速频率调谐机制。在目前的工作中，我们排除了在90%的置信水平下的维里化星系轴子的轴子光子耦合到$g_{aγγ} = 8 \times {10^{-14}}$ $GeV^{-1}$。这里实施的相位匹配技术还允许未来的大规模升级。
2022-11-05 hep-ex physics.ins-det
The 3 cavity prototypes of RADES, an axion detector using microwave filters at CAST
遗迹轴子探测器实验装置（RADES）是一个轴子搜索项目，使用微波滤波器作为暗物质转换的谐振器。本出版物的主要重点是描述3种不同的腔原型的RADES。的原型之一的第一次测试的结果也被提出。过滤器由5或6个不锈钢子腔组成，由矩形膜片连接。子腔的大小决定了工作频率，子腔的数量决定了工作体积。第一个腔原型于2017年建造，工作频率为$\sim$ 8.4 GHz，并放置在CERN的9 T CAST偶极磁体上。2018年又设计并建造了两个原型。新设计的目的是找到并测试最佳腔体几何形状，以便按比例放大体积并引入有效的调谐机制。我们的研究结果表明，这种类型的过滤器，以达到QCD轴子在X波段的频率灵敏度有前途的潜力。
2019-03-11 hep-ex physics.ins-det
New CAST Limit on the Axion-Photon Interaction
在2003- 2015年期间，欧洲核子研究中心的轴子太阳望远镜（CAST）在一个翻新的LHC测试磁铁的9 T磁场中寻找$a\toγ$转换，该磁铁可以指向太阳。在其太阳轴子搜索的最后阶段（2013- 2015），CAST已经回到了真空磁管，这是最适合小轴子质量。没有高于背景的显著信号提供了$g_{aγ} < 0.66 \times 10^{-10} {\rm GeV}^{-1}$的世界领先限度（95% C.L.）关于$m_a \lesssim 0.02$ eV的轴子-光子耦合强度。与第一个真空阶段（2003- 2004年）相比，灵敏度大大提高了低背景X射线探测器和新的X射线望远镜。这些创新也为可能的下一代轴子太阳镜提供了探路者。
2017-12-20 hep-ex physics.ins-det
pn-CCDs in a Low-Background Environment: Detector Background of the CAST X-ray Telescope
欧洲核子研究中心（CERN）的CAST实验正在寻找来自太阳的轴子。轴子是一种赝标粒子，三十年前由理论激发，旨在解决强CP问题。与中性伴子一起，轴子是最有希望的暗物质候选者之一。在过去的两年中，CAST实验一直在收集数据，在质量范围低于0.1 eV的情况下，对轴子与光子的耦合设定了一个上限，比任何其他太阳轴子搜索都更加严格。2005年，CAST将进入一个新的实验阶段，将实验的灵敏度扩展到更高的轴子质量。CAST实验从高能物理学和X射线天文学的技术中获益匪浅：超导原型LHC磁体用于通过逆Primakoff效应将潜在的轴子转换为1-10 keV范围内可检测的X射线。CAST最灵敏的探测器系统是空间技术的一个副产品，一个Wolter I型X射线光学器件与为欧空局的XMM-牛顿任务开发的原型pn-CCD相结合。与其他稀有事件搜索一样，背景抑制和彻底的屏蔽概念对于尽可能提高实验的灵敏度至关重要。在这种情况下，CAST提供了一个机会，研究背景的pn-CCD和其长期的行为在陆地环境中的未来空间应用的可能影响。我们将根据2002年以来获得的数据，包括我们的背景模拟的初步结果，对CAST的pn-CCD的探测器背景进行系统的研究。
2005-08-10 astro-ph hep-ex physics.ins-det
Results and perspectives of the solar axion search with the CAST experiment
将介绍利用欧洲核子研究中心轴子太阳望远镜（CAST）进行太阳轴子搜索的情况。通过使用$^3$ He作为缓冲气体获得的最新结果使我们能够将我们的灵敏度扩展到比我们以前使用$^4$ He测量的更高的轴子质量。在252个不同的压力设置中的每一个下采集大约1小时的数据，我们已经扫描了轴子质量范围0.39 eV $ \le m_{a} \le $ 0.64 eV。当磁体指向太阳时，由于没有过量的x射线，我们将g $_{aγ} \le 2.3\times 10^{-10}$ GeV $^{-1}$的轴子-光子耦合的典型上限设定为95% C. L。精确值取决于压力设置。CAST发表的结果代表了光子与轴子和其他类似的奇异粒子耦合的最佳实验极限，这些粒子被称为WISPs（弱相互作用的细长粒子），在所考虑的质量范围内，该极限首次进入QCD轴子模型所青睐的区域。对于质量高达1.16 eV的轴子，初步的灵敏度也将显示出达到g $_{aγ} \le 3.5\times 10^{-10}$ GeV $^{-1}$在95% C. L时的轴子-光子耦合的平均上限。将提出将CAST方案延长至2014年的预期敏感性。此外，还将提出新的日光镜实验的长期选择。
2012-10-30 astro-ph.CO hep-ex
The International Axion Observatory (IAXO)
国际轴子天文台（IAXO）是新一代轴子日光观测仪，目标是对10 $^{12}$ GeV $^{-1}$的轴子-光子耦合的灵敏度，即比目前CAST所实现的灵敏度高1 - 1.5个数量级。该项目依赖于磁场体积的改进以及X射线聚焦光学器件和低背景探测器的广泛使用，这些创新已经在CAST中成功测试。IAXO的其他物理学案例可能包括检测电子耦合轴子，用于解决白矮星异常，遗迹轴子，以及各种更通用的类轴子粒子（ALP）和其他新的激发在基本粒子物理学的低能前沿。这篇文章是我们的论文[1]的总结，我们参考了更多的细节。
2012-01-18 hep-ex
Towards a new generation axion helioscope
我们研究了新一代轴子日光望远镜的可行性，这是迄今为止最雄心勃勃和最有前途的太阳轴子探测器。我们表明，在磁场体积，X射线聚焦光学和探测器背景的大的改进是可能的，超出了在欧洲核子研究中心的轴子太阳望远镜（CAST）实现。对于强子模型，对$\gagamma\gtrsim {\rm few} \times 10^{-12}$ GeV $^{-1}$的轴子-光子耦合的灵敏度是可以想象的，超过CAST灵敏度1- 1.5个数量级。如果轴子也耦合到电子，太阳产生更大的流量为相同的佩切-奎因尺度值，允许一个探测更广泛的模型。除了轴子暗物质的搜索，这个实验将是有史以来最敏感的轴子搜索，达到或超过了SN 1987 A的严格界限，并可能测试轴子解释的异常白矮星冷却，预测$m_a$的几个meV。在轴子之外，这种新仪器将探测各种各样的轴子样粒子（ALP）和其他新的激发在基本粒子物理学的低能前沿完全未探索的参数范围。
2011-05-23 hep-ex
CERN Axion Solar Telescope as a probe of large extra dimensions
我们探讨了欧洲核子研究中心的轴子太阳望远镜（CAST）的潜在测试存在的大额外的维度。CAST实验最初是为了寻找太阳轴子而提出的，其灵敏度应该提供轴子-光子耦合的极限g_{aγγ} <5 × 10 ^{-11} GeV^{-1}甚至更低。对耦合常数的预期限制比当前实验结果严格十倍。这个界限第一次超出了天体物理学考虑所规定的界限。作为一个调谐实验，计划探索轴子质量区域高达约1 eV，CAST也将对卡鲁扎-克莱因大质量态的存在敏感。因此，至少在两个压强下探测到X射线可能是大额外维度的特征。根据这个要求，我们发现CAST可以测试（两个）大的额外维度，如果m_{PQ} <1/（2 R），则（共同）紧致化半径R低至约250 nm，如果1/（2 R）< m_{PQ}，则低至约370 nm，其中m_{PQ}是Peccei-Quinn质量。
2004-04-14 astro-ph hep-ex hep-ph
The X-ray Telescope of CAST
欧洲核子研究委员会的轴子太阳望远镜（CAST）自2003年以来一直在运行并收集数据。CAST实验的主要目标是寻找一种假想的赝标玻色子，即轴子，它可能产生于太阳的核心。CAST的基本物理过程是基于时间反演的普里马科夫效应，通过该效应，轴子可以在外部电磁场中转换为可检测的光子。预期所得X射线光子的热分布在1 keV与7 keV之间。CAST的最灵敏的探测器系统是pn-CCD探测器与Wolter I型X射线镜系统的组合。利用CAST的X射线望远镜，本底降低了2个数量级以上，从而第一次可以探测出轴子光子耦合常数g_agg，而不受g_agg < 1 x 10^-10 GeV^-1的最佳天体物理约束。
2007-05-10 astro-ph hep-ex physics.ins-det
Micromegas for dark matter searches: CAST/IAXO & TREX-DM
目前最引人注目的暗物质候选者是WIMP和轴子。在这项工作中探索的适用性gasesous时间投影室（TPC）与微网格气体结构（Micromegas）的搜索这些粒子。在粒子探测器中，这两种粒子在非常低的能量下都会产生非常低的速率。Micromegas探测器可以提供低背景速率和低能量阈值，这是由于读出的高粒度、放射性纯度和均匀性。小型（几厘米宽）的Micromegas探测器被用来对CERN轴子太阳望远镜（CAST）实验中预期的轴子诱导的x射线信号进行成像。我们展示了在CAST中获得的本底水平和进一步将它们降低到国际轴子天文台（IAXO）所要求的值的前景。我们还介绍了TREX-DM，用于轴子研究的Micromegas的放大版本，但这次致力于低质量WIMP检测。TREX-DM是一种基于Micromegas的高压TPC，旨在容纳数百克轻核（氩或氖），其能量阈值可能在100 eV水平。详细描述了探测器，以及地面调试和表征阶段的结果。此外，TREX-DM的背景模型，以及预期的灵敏度，这可能会超出目前的实验限制。
2016-09-21 hep-ex physics.ins-det
New solar axion search in CAST with $^4$He filling
欧洲核子研究中心的轴子太阳望远镜（CAST）在一个翻新的大型强子对撞机测试磁铁的9 T磁场中搜索$a\toγ$转换，该磁铁可以指向太阳。两个平行的磁体孔可以填充有可调节压力的氦气，以使X射线折射质量$m_γ$与轴子搜索质量$m_a$匹配。在真空阶段（2003- 2004年）之后，这对$m_a\lesssim0.02$ eV是最佳的，我们在2005- 2007年使用$^4$ He覆盖0.02- 0.39 eV的质量范围，在2009- 2011年使用$^3$ He从0.39- 1.17 eV扫描。在改进了探测器和屏蔽后，我们于2012年返回$^4$ He，研究了0.2 eV（我们早期搜索的“候选设置”）和0.39--0.42 eV左右的狭窄$m_a$范围，即$^4$ He可达到的轴子质量上限范围，以“跨越轴子线”KSVZ模型。我们将轴子-光子耦合的极限改进为$g_{aγ}< 1.47\times10^{-10} {\rm GeV}^{-1}$（95%C. L.），取决于压力设置。自2013年以来，我们已经回归真空，并致力于显著提高灵敏度。
2015-06-11 hep-ex physics.ins-det
CAST solar axion search with 3^He buffer gas: Closing the hot dark matter gap
欧洲核子研究中心（CERN）的轴子太阳望远镜（CAST）已经完成了用3^He缓冲气体对太阳轴子的探测，探测范围为0.64 eV < m_a <1.17 eV。由于当磁体指向太阳时没有多余的X射线，我们设定了一个典型的轴子-光子耦合上限，g_ag < 3.3 x 10^{-10} GeV^{-1}，CL为95%，具体值取决于压力设置。未来的直接太阳轴子搜索将集中在增加对较小g_a值的灵敏度上，例如通过目前讨论的下一代日光镜IAO。
2014-09-15 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Low background x-ray detection with Micromegas for axion research
轴子日视镜的目标是通过在实验室磁场中将太阳轴子转换为x射线来探测太阳轴子。使用低背景X射线探测器是提高这些搜索灵敏度的一个重要组成部分。本文综述了用于欧洲核子研究中心（CERN）轴子太阳望远镜（CAST）和未来国际轴子天文台（IAXO）的Micromegas探测器的最新进展。CAST中最新的Micromegas装置已经实现了1.5 $\times10^{-6}$ \ckcs的背景水平，比第一代CAST探测器获得的背景水平低100多倍。这种改进是由于主动和被动屏蔽技术的发展，离线歧视技术允许高度颗粒读出模式，以及使用的放射纯检测器组件。将介绍为减少背景水平而进行的密集研发的状况，包括在测试台架上操作复制探测器以及对探测器设置和探测器响应进行详细的Geant 4模拟，这使得人们能够逐步了解背景起源。目前在Canfranc地下实验室（LSC）运行的测试装置中达到的最佳水平低至$\sim10^{-7}$ \ckcs，显示了该技术在未来IAO中应用的良好前景。
2013-10-12 hep-ex physics.ins-det
Tracking axion-like particles at the LHC
众所周知，在大型强子对撞机上很难探测到衰变为光子对的高强度轴子状粒子。仅使用电磁量热计信息不能单独重建准直的衰变光子，使得信号与背景的区别较小。在这篇文章中，我们提出了一个搜索策略来解决这个问题，利用一小部分衰变光子在跟踪探测器内转换成电子-正电子对的事实。由此产生的轨迹可以以高分辨率分辨，从而允许分离两个准直光子并分辨移位的衰变顶点。为了证明这种方法的有效性，我们将其应用到具有挑战性的MeV-GeV范围内通过矢量玻色子融合产生的ALP。我们发现，这样的搜索可以给未经测试的参数空间的敏感性。
2023-02-23 hep-ex hep-ph
Lowering the background level and the energy threshold of Micromegas x-ray detectors for axion searches
轴子太阳窥镜通过在强磁场中转换为x射线来寻找太阳轴子。使用低背景X射线探测器是提高这些搜索灵敏度的一个重要组成部分。本文综述了用于欧洲核子研究中心（CERN）轴子太阳望远镜（CAST）和未来国际轴子天文台（IAXO）的Micromegas探测器的最新进展。CAST中的实际设置已实现低于10 $^{-6}$ keV $^{-1}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$的本底水平，比第一代Micromegas探测器低100倍。这种减少是基于主动和被动屏蔽技术，选择放射纯材料，离线歧视技术和读出的高粒度。我们详细描述的背景模型的检测器，其操作的基础上在CAST网站和Canfranc地下实验室（LSC），以及Geant 4模拟。目前在LSC达到的最佳水平低于10 $^{-7}$ keV $^{-1}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$，并显示出该技术在IAO中应用的良好前景。最后，我们提出了一些想法和结果，降低这些探测器的能量阈值低于1千电子伏，使用高透明的窗口，自动触发电子学和研究在不同的能量的集群形状。由于在这个能量范围内预期会有高通量的类轴子粒子，亚千电子伏阈值探测器可以扩大轴子太阳镜的物理情况。
2015-01-07 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
IAXO - The International Axion Observatory
国际轴子天文台（IAXO）是下一代轴子日光望远镜，其目标是对轴子-光子耦合的灵敏度达到几个10^{-12} GeV^{-1}，即比目前最灵敏的轴子日光望远镜--欧洲核子研究中心轴子太阳望远镜（CAST）的灵敏度高出1-1.5个数量级。提高IAXO灵敏度的关键因素是磁场体积的增加以及X射线聚焦光学器件和低背景探测器的广泛使用，这些创新已经在CAST成功测试。用来解释白矮星冷却的电子耦合轴子、遗迹轴子和各种更通用的类轴子粒子（ALP）以及基本粒子物理学低能前沿的其他新激发，可以为IAO提供额外的物理动机。
2013-02-13 hep-ex physics.ins-det
Transformer-based machine learning using low-level calorimeter signals for collimated photon identification at collider experiments
Columbia University（哥伦比亚大学）；The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福直线加速器中心）；CERN（欧洲核子研究中心）
研究利用量热计单元级信息区分准直双光子信号与单光子簇射，比较多种机器学习架构，Transformer性能最佳，还能进行不变质量回归，扩展了基于量热计的粒子识别能力，超越传统技术。
2026-10-27 hep-ex hep-ph
Daily modulations and broadband strategy in axion searches. An application with CAST-CAPP detector
本文基于AQN暗物质模型，利用CAST-CAPP探测器数据研究相对论性轴子的日调制与宽带探测策略，虽未能确证暗区日调制，但为未来轴子搜寻提供了原理验证性分析流程。
2025-05-06 astro-ph.IM hep-ex hep-ph
Search for neutral long-lived particles that decay into displaced jets in the ATLAS calorimeter in association with leptons or jets using $pp$ collisions at $\sqrt{s}=13$ TeV
ATLAS利用pp碰撞数据，在ATLAS calorimeter中搜索中性长寿命粒子，排除了Higgs玻色子衰变分支比和暗光子等模型，首次探测长寿命axion-like粒子。
2025-11-28 hep-ex
Counting axions with IAXO
University of California, San Diego（加利福尼亚大学圣地亚哥分校）；INFN, Sezione di Torino（意大利国家核物理研究所都灵分部）；CERN（欧洲核子研究中心）
研究IAXO能否区分单轴子与多轴子信号，通过分析双轴子参数空间和振荡谱特征，表明在准简并和质量层级区域可区分。
2026-06-23 hep-ex hep-ph
A Micromegas-based low-background x-ray detector coupled to a slumped-glass telescope for axion research
我们报告的设计，建设和运行的低背景X射线检测线组成的屏蔽Micromegas（微网格气体结构）检测器的微块技术。探测器由放射纯材料制成，放置在$\sim$的焦点处，直径约为5 cm，焦距为1.3 m，锥形近似Wolter I X射线望远镜（XRT）由沉积有多层涂层的热成型（或“塌陷”）玻璃基板组成。该系统被认为是未来国际轴子观测站的技术开拓者，因为它结合了项目概念设计中提出的两种技术（光学和探测器）。它的创新有两个原因：这是第一次专门为轴子研究设计和制造X射线光学器件，以及第一次使用X射线光学器件操作Micromegas探测器。这条线已经安装在欧洲核子研究中心轴子太阳望远镜（CAST）磁铁的一端，目前正在寻找太阳轴子。XRT和Micromegas检测器的组合提供了迄今为止通过CAST实验的任何检测系统获得的最佳信噪比，在能量感兴趣区域和信号点区域中的背景速率为每小时5.4个$\times$ 10个$^{-3}\;$计数。
2015-09-21 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Reconstructing axion-like particles from beam dumps with simulation-based inference
针对束流失靶实验中类轴子粒子衰变位置难以精确测定的问题，提出基于条件可逆神经网络的模拟推断方法重建粒子质量与寿命，该方法优于传统变量重建并提供可靠不确定性估计，且能快速适应不同探测器特性以优化实验设计。
2024-07-29 hep-ex hep-ph
Towards a medium-scale axion helioscope and haloscope
我们讨论的物理情况下，一个中等规模的轴子日光望远镜的概念，在轴子-光子耦合的灵敏度比欧洲核子研究中心轴子太阳望远镜（CAST）好几倍。寻找具有这些耦合的类轴子粒子的动机是几个持续的天体物理异常。我们提出了早期的概念设计，现有的基础设施，预计灵敏度和时间轴的这样一个日光镜（特罗伊茨克轴子太阳望远镜实验，TASTE）将在核研究所，特罗伊茨克，俄罗斯建造。建议的仪器也可用于暗物质晕轴子的搜索。
2017-11-08 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Probing axion-like particles at the Electron-Ion Collider
本文评估EIC通过相干散射中光子融合产生并双光子衰变的ALPs，结合即时衰变与偏移顶点搜索，可覆盖0.2–20 GeV质量区间内大量未探索参数空间。
2024-02-29 hep-ex hep-ph
Gaseous time projection chambers for rare event detection: Results from the T-REX project. II. Dark matter
作为T-REX项目的一部分，在过去几年中进行了许多研发和原型设计活动，以探索Micromegas读取的气态TPC在稀有事件搜索中的适用性，如双β衰变（DBD），轴子研究和低质量WIMP搜索。虽然在配套文件中，我们专注于DBD，在本文中，我们专注于搜索暗物质候选者，无论是轴子和WIMP的结果。小型超低背景Micromegas探测器被用于对像CERN的CAST这样的轴子太阳镜中预期的X射线信号进行成像。在CAST中已经实现了低至$0.8\times 10^{-6}$ c keV $^{-1}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$的本底水平，而在位于Canfranc地下的地下实验室的测试台中已经获得了低至$\sim10^{-7}$ c keV $^{-1}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$的值。将描述巩固和进一步降低这些值到$\sim10^{-8}$ c keV $^{-1}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$的前景。这样的探测器，放置在未来的IAXO实验的X射线望远镜的焦点，将允许10 $^5$比CAST更好的信噪比，并搜索太阳轴子与$g_{aγ}$下降到几个10 $^{12}$ GeV $^{-1}$，以及进入未探索的轴子参数空间。此外，这些TPC的放大版本，适当屏蔽并放置在地下，可以在寻找低质量WIMP方面具有竞争力。TREX-DM原型，$\sim$ 0.3…
2016-05-06 hep-ex physics.ins-det
Photoproduction of axion-like particles
我们探讨了光子束实验对类轴子粒子（ALP）的灵敏度，类轴子粒子具有QCD尺度的质量，其与标准模型的主要耦合是光子或胶子。我们介绍了一种新的数据驱动的方法，消除了需要的知识的核形状因子或光子束通量时，考虑相干Primakoff生产关闭核目标，并显示由PrimEx实验收集的数据可以大大提高灵敏度与$0.03 \lesssim m_a \lesssim 0.3$ GeV的ALP。此外，我们探讨了潜在的灵敏度运行的GREX实验的核目标和计划的PrimEx类量热计。对于主要的耦合是胶子的情况下，我们研究的光生的第一次，并预测未来的灵敏度的GREX实验使用其名义质子目标。最后，我们根据公共质量图为ALP-胶子耦合和ALP-光子耦合设定了世界领先的极限。
2020-04-14 hep-ex hep-ph nucl-ex
Polarization mesurements of gamma ray bursts and axion like particles
像伽马射线暴（GRB）这样的强磁化天体在一个足够宽的能带上传播的极化伽玛射线辐射为检验类轴子粒子（ALP）假说提供了机会。基于在几个伽马射线暴中探测到的极化伽玛射线辐射的证据，我们估计了在伽玛暴的磁化火球环境中可能发生的ALP诱导的二向色性水平。这允许估计伽玛暴的偏振测量的灵敏度的ALP-光子耦合。这种灵敏度$\gag\le 2.2\cdot 10^{-11} {\rm GeV^{-1}}$计算的ALP质量$m_a=10^{-3}~{\rm eV}$和MeV的伽马射线发射的能量扩展是有竞争力的CAST的灵敏度，并变得更强的ALP质量较低。
2008-09-03 astro-ph hep-ex hep-ph
Search for Sub-GeV Axion-Like Particles at EBES Pilot Run Using 4 GeV Positron Beam at KEK LINAC
Saga University（佐贺大学）；The University of Tokyo（东京大学）；High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构（KEK））；Osaka Metropolitan University（大阪公立大学）；Kyushu University（九州大学）；National Institute of Technology, Niihama College（国立高专新居滨高专）
利用EBES试点运行数据，通过布里渊辐射光子在钨靶中产生轴子类粒子，并通过a→γγ衰变进行探测，设定了背景低于0.1事件的信号区域，未观测到事件，得出90%置信水平下的轴子质量-耦合上限。
2026-10-23 hep-ex hep-ph
ALP Searches at the LHC: FASER as a Light Shining through Walls Experiment
我们建议使用FASER作为一个光照射通过墙壁的实验，以寻找轴子和类轴子粒子（ALP）。大型强子对撞机碰撞产生高强度和高能量的光子通量在向前的方向，可以振荡成ALP的磁场，用于限制束。这些ALP然后穿过大约100米的岩石，然后到达FASER的磁场，在那里它们可以转换回光子并被电磁量热计检测到。在接下来的几年里，FASER和它的继任者FASER 2在向前物理设施将能够探索区域的ALP参数空间无法访问的其他实验室为基础的实验。
2023-02-14 hep-ex hep-ph
Search for Axion Like Particles produced via the Primakoff process at COMPASS
Faculty of Mathematics and Physics, Charles University（查理大学数学物理学院）
该研究通过重新解释COMPASS数据，寻找与光子耦合的轴子类粒子，利用高能束流产生轴子，并通过电磁量能器的信号特征排除耦合常数g_{aγγ}的上限。
2026-09-03 hep-ex hep-ph
PASSAT at Future Neutrino Experiments: Hybrid Beam-Dump-Helioscope Facilities to Probe Light Axion-Like Particles
在实验室中产生的类轴子粒子（axion-like particles，ALP）大致有三种探测途径：通过它们随后衰变为标准模型（Standard Model，SM）粒子，它们与SM粒子的散射，或者它们随后转化为光子。衰减和散射是束流收集器类型实验中最常探索的通道，而转换通常被用于光穿透壁（LSW）实验。一类新的实验，被称为PASSAT（用于细长类轴子粒子探测的粒子加速器太阳镜），已经被提出以一种新的方式利用ALP到光子的转换：ALP在束流收集装置中产生后，在放置在源附近的磁场中变成光子。它已被证明，这种混合光束转储日光镜实验可以探测区域的参数空间，还没有被其他实验室为基础的实验研究，因此提供了补充信息，特别是，他们探测一个根本不同的区域比衰减或LSW实验。我们建议PASSAT在未来的中微子实验中的实施，作为一个例子，沙丘般的实验。我们表明，在计划的沙丘多用途探测器的磁场已经能够探测ALP光子耦合到$g_{aγγ} \sim {\rm few}\times 10^{-5}$ GeV $^{-1}$ ALP群众$m_a \lesssim 10$ eV。CAST或BabyIAXO类磁体的实现将灵敏度提高到$g_{aγγ} \sim 10^{-6}$ GeV $^{-1}$。
2021-09-16 hep-ex hep-ph
Conceptual Design of the International Axion Observatory (IAXO)
国际轴子天文台（IAXO）将是第四代轴子太阳望远镜。作为其主要的物理目标，IAXO将通过太阳等离子体光子的Primakoff转换寻找起源于太阳的轴子或类轴子粒子（ALP）。在信噪比方面，IAXO将比CAST（目前最强大的轴子日光镜）灵敏约4-5个数量级，对轴子-光子耦合的灵敏度低至几个$\times 10^{-12}$ GeV $^{-1}$，从而探测目前未探索的轴子和ALP参数空间的很大一部分。IAXO还将对由轴子-电子耦合$g_{ae}$介导的机制产生的太阳轴子敏感，$-$首次敏感到天体物理学以前未排除的$g_{ae}$值。与其他几个可能的物理情况下，IAXO有可能作为一个多用途的设施，在未来十年的通用轴子和ALP研究。在本文中，我们提出了IAO的概念设计，它遵循的增强轴子日光镜的布局，基于一个专门建造的20米长的8线圈环形超导磁体。所有8个直径为60 cm的磁体孔都配备了聚焦X射线光学器件，能够将信号光子聚焦成$\sim 0.2$ cm $^2$斑点，这些斑点由超低背景Micromegas X射线探测器成像。磁体内置于具有仰角和方位角驱动器的结构中，这将允许每天$\sim$ 12小时的太阳跟踪。
2014-01-14 hep-ex physics.ins-det
Shining Light on the Dark Sector: Search for Axion-like Particles and Other New Physics in Photonic Final States with FASER
FASER利用LHC数据搜索衰变为双光子的长寿命粒子，观测到一个事件，背景预期0.44±0.39，对ALPs等新物理模型给出世界领先约束。
2024-12-17 hep-ex
Improved Search for Solar Chameleons with a GridPix Detector at CAST
我们报告了一个新的搜索太阳变色龙与欧洲核子研究中心的轴子太阳望远镜（CAST）。一个GridPix探测器被用来搜索从200 eV到10 keV的能量范围内的软X射线光子从转换太阳变色龙。在2014年和2015年采集的数据中未观察到明显超出预期背景的情况。我们对变色龙光子耦合设置了改进的限制，即$1<β_\mathrm{m}<10^6$的$β_γ< 5.7\times10^{10}$为95%CL将我们以前的结果改进了两倍，并首次达到了对速度跃层磁场的灵敏度低于太阳光度界限，直到$12.5\,\mathrm{T}$。
2018-11-08 hep-ex physics.ins-det
New Directions for ALP Searches Combining Nuclear Reactors and Haloscopes
本研究提出结合核反应堆与轴子晕探测器的新型ALP搜寻装置reactoscope，利用反应堆光子经Primakoff过程产生ALP再在强磁场中转化为光子探测，推导了格勒诺布尔等地的实验灵敏度，拓展了现有实验室实验的探测范围且不受天体物理假设约束。
2024-05-23 hep-ex hep-ph
Constraints on Axion-like Particles from the Observation of Galactic Sources by LHAASO
本研究利用LHAASO观测的四个银河系源超高能伽马射线能谱，采用$\rm CL_s$方法限制类轴子粒子（ALPs）参数，发现ALP-光子耦合上限接近CAST限制。
2024-01-03 astro-ph.HE hep-ex
First Results on the Search for Chameleons with the KWISP Detector at CAST
我们报告的第一次测量与一个敏感的光机械力传感器设计的耦合真正的变色龙物质的直接检测。这些暗能量候选者可能在太阳中产生，并不受阻碍地流向地球。安装在CERN CAST轴子搜索实验上的KWISP探测器寻找由太阳变色龙的机械效应引起的薄膜的微小位移。位移由具有零差读出方案的迈克耳孙干涉仪检测。传感器得益于安装在CAST的ABRIXAS X射线望远镜的聚焦作用，这增加了膜上的变色龙通量。在望远镜的输出和探测器之间放置了一个机械斩波器来调制进入的变色龙流。我们介绍了2017年7月在CAST进行的太阳变色龙测量的结果，在95\%的置信水平下设定了作用在$80$ ~pN膜上的力的上限。探测器对于与物质$10^4 \leqβ_m \leq 10^8$的直接耦合是敏感的，其中与光子的耦合局部地结合到$β_γ\leq 10^{11}$。
2019-06-03 astro-ph.CO astro-ph.SR hep-ex
The International Axion Observatory (IAXO): case, status and plans. Input to the European Strategy for Particle Physics
IAXO是新一代轴子太阳望远镜，旨在以前所未有的灵敏度探测meV至eV质量的QCD轴子及暗光子等新物理，为欧洲粒子物理战略提供关键建言。
2025-03-31 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ex
Searching for Ultralight Dark Matter Conversion in Solar Corona using Low Frequency Array Data
本研究利用LOFAR望远镜观测数据搜寻日冕中超轻暗物质共振转化的单色射电信号，给出暗光子-光子动力学混合耦合及轴子-光子耦合的新上限，其中暗光子耦合约束较此前提升约一个数量级。
2024-01-31 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Search for light pseudoscalar bosons, pair-produced in Higgs boson decays in the four-electron final state in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV
EUROPEAN ORGANIZATION FOR NUCLEAR RESEARCH (CERN)（欧洲核子研究中心）
本研究利用CMS探测器在13 TeV碰撞数据中寻找轻中性伪标量玻色子对，通过电子对的高聚束衰变特征，开发了新的多变量算法，设定了95%置信水平下的分支比上限，首次在LHC上探测到希格斯玻色子衰变成四电子的通道。
2026-05-09 hep-ex
