Searching for galactic axions through magnetized media: QUAX status report

QUAX建议：用磁性材料搜索银河系轴子

The QUAX proposal: a search of galactic axion with magnetic materials

QUAX（QUaerere AXion）计划的目的是利用磁化样品中宇宙学轴子与电子自旋的相互作用。它们的作用等效于施加频率和振幅分别由轴子质量和耦合常数固定的振荡射频场。QUAX探测器的射频接收器模块由磁化样品组成，磁化样品的拉莫尔共振频率通过极化静态磁场调谐到轴子质量。电子与轴子等效射频场的相互作用在样品的总磁化强度中产生振荡。为了放大这样的微小场，在与偏振场正交的方向上施加相同频率的泵浦场。沿极化场的感应振荡磁化强度是由一个SQUID放大器在其量子噪声水平下工作来测量的。

用QUAX -g_p g_s实验研究电偶极轴子相互作用

The QUAX-g_p g_s experiment to search for monopole-dipole Axion interaction

量子色动力学轴子是为解决粒子物理学标准模型中的强CP问题而引入的一种假想粒子，它可能是冷暗物质的一种组分。在轴子理论中，J.E. Moody和F.威尔切克证明了一种新的宏观长程力，通过轴子交换作用于电子自旋，这种力可以用有效磁场来描述。QUAX-g $_p$ g $_s$实验是在INFN国立莱尼亚罗大学进行的，旨在研究非极化质量源产生的有效场对磁化样品的影响。由于这个场是宏观的，它可以通过测量在液氦温度下冷却的顺磁性硅酸钆（GSO）晶体的磁化强度的变化来检测。轴子有效场感生磁化可用SQUID磁强计检测。通过改变源质量的位置，感应GSO磁化在声频调制。虽然尚未充分利用QUAX-g $_p$ g $_s$的灵敏度，但我们能够在几十Hz下测量$10^{-17}~$ T的磁化强度。有了这种灵敏度，我们期望进一步提高预测的长程力在$10^{-3}$到$1~$ m区间的耦合上限。

Operation of a ferromagnetic axion haloscope at $m_a=58\,μ$eV

Axions, originally proposed to solve the strong CP problem of quantum chromodynamics, emerge now as leading candidates of WISP dark matter. The rich phenomenology associated to the light and stable QCD axion can be described as an effective magnetic field that can be experimentally investigated. For the QUAX experiment, dark matter axions are searched by means of their resonant interactions with electronic spins in a magnetized sample. In principle, axion-induced magnetization changes can be detected by embedding a sample in an rf cavity in a static magnetic field. In this work we describe the…