Results and perspectives of the solar axion search with the CAST experiment
E. Ferrer-Ribas, M. Arik, S. Aune, K. Barth, A. Belov, S. Borghi, H. Bräuninger, G. Cantatore, J. M. Carmona, S. A. Cetin, J. I. Collar, T. Dafni, M. Davenport,… 展开作者
E. Ferrer-Ribas, M. Arik, S. Aune, K. Barth, A. Belov, S. Borghi, H. Bräuninger, G. Cantatore, J. M. Carmona, S. A. Cetin, J. I. Collar, T. Dafni, M. Davenport, C. Eleftheriadis, N. Elias, C. Ezer, G. Fanourakis, P. Friedrich, J. Galán, J. A. García, A. Gardikiotis, J. G. Garza, E. N. Gazis, T. Geralis, I. Giomataris, S. Gninenko, H. Gómez, E. Gruber, T. Guthörl, R. Hartmann, F. Haug, M. D. Hasinoff, D. H. H. Hoffmann, F. J. Iguaz, I. G. Irastorza, J. Jacoby, K. Jakovčić, M. Karuza, K. Königsmann, R. Kotthaus, M. Krčmar, M. Kuster, B. Lakić, J. M. Laurent, A. Liolios, A. Ljubičić, V. Lozza, G. Lutz, G. Luzón, J. Morales, T. Niinikoski, A. Nordt, T. Papaevangelou, M. J. Pivovaroff, G. Raffelt, T. Rashba, H. Riege, A. Rodríguez, M. Rosu, J. Ruz, I. Savvidis, P. S. Silva, S. K. Solanki, L. Stewart, A. Tomás, M. Tsagri, K. van Bibber, T. Vafeiadis, J. Villar, J. K. Vogel, S. C. Yildiz, K. Zioutas
备注：
4 pages, 2 pages, to appear in the proceedings of the 24th Rencontres de Blois V2 A few affiliations were not corrected in previous version V3 Author added
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。
英文摘要：
The status of the solar axion search with the CERN Axion Solar Telescope (CAST) will be presented. Recent results obtained by the use of $^3$He as a buffer gas has allowed us to extend our sensitivity to higher axion masses than our previous measurements with $^4$He. With about 1 h of data taking at each of 252 different pressure settings we have scanned the axion mass range 0.39 eV$ \le m_{a} \le $ 0.64 eV. From the absence of an excess of x rays when the magnet was pointing to the Sun we set a typical upper limit on the axion-photon coupling of g$_{aγ} \le 2.3\times 10^{-10}$ GeV$^{-1}$ at 95% C.L., the exact value depending on the pressure setting. CAST published results represent the best experimental limit on the photon couplings to axions and other similar exotic particles dubbed WISPs (Weakly Interacting Slim Particles) in the considered mass range and for the first time the limit enters the region favored by QCD axion models. Preliminary sensitivities for axion masses up to 1.16 eV will also be shown reaching mean upper limits on the axion-photon coupling of g$_{aγ} \le 3.5\times 10^{-10}$ GeV$^{-1}$ at 95% C.L. Expected sensibilities for the extension of the CAST program up to 2014 will be presented. Moreover long term options for a new helioscope experiment will be evoked.
本文介绍了欧洲核子研究中心（CERN）的轴子太阳望远镜（CAST）和轴子暗物质实验（ADMX）的研究结果，并简要评述了利用各种实验技术进行轴子搜索的前景。CAST已经探索了高达0.64 eV的质量，对轴子-光子耦合设置了最严格的限制，除了ADMX是最具竞争力的实验的微eV区域。CAST的目标是超过1 eV WMAP的上限，并可能使用额外灵敏的X射线探测器重新审视真空中的操作，而ADMX使用改进的额外灵敏的SQUID放大器将探索微电子伏特的质量范围。
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。
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。
A Test of Bolometric Properties of Tm-containing Crystals as a Perspective Detector for the Solar Axion Search
$^{169}$ Tm核素的第一核能级为8.41 keV，具有向基态的磁型跃迁，因此可以作为寻找太阳轴子共振吸收的靶核。我们计划使用的石榴石家族TmPDMATHABMN铝$_5$ O $_{12}$的含Tm晶体作为测辐射热探测器，以寻找通过太阳轴子的共振吸收的第一核能级的激发$^{169}$ Tm。考虑到这一点，生长Tm $_3$ Al $_5$ O $_{12}$晶体的样品，并测试其测辐射热和光学性质。还进行了化学和/或放射性污染的测量。在本文中，我们提出的测试结果，并估计未来的低背景实验装置的要求。
Berry phase in axion physics, SM global structure, and generalized symmetries
School of Physics, Peking University（北京大学物理学院）；School of Physics, Zhengzhou University（郑州大学物理学院）；Center for High Energy Physics, Peking University（北京大学高能物理中心）；Department of Physics, Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院物理系）；Key Laboratory of Beam Technology of Ministry of Education, School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理与天文学院教育部光束技术重点实验室）；Institute of Radiation Technology, Beijing Academy of Science and Technology（北京市科学技术研究院辐射技术研究所）
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…
