Concept of multiple-cell cavity for axion dark matter search
在基于腔体的轴子暗物质搜索实验中，多腔体设计被认为是在给定的磁体孔内增加检测体积。我们引入了一个新的想法，称为多池腔，它提供了各种好处，包括更大的检测体积，更简单的实验装置，和更容易的相位匹配机制。我们提出了这个概念的特点，并证明了实验的可行性与一个双细胞腔的例子。
2018-01-08 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
High quality factor photonic cavity for dark matter axion searches
对暗物质轴子的研究涉及到在强磁场中工作的微波谐振腔的使用。检测器灵敏度与腔体品质因数直接相关，然而，腔体品质因数受限于外部磁场的存在。在本文中，我们提出了一种新颖的设计，其品质因数是不受磁场。它是基于光子结构的蓝宝石棒的使用。对于所选模式，低温下的品质因数超过$5 \times 10^5$。
2020-02-05 hep-ex physics.ins-det
First prototype of a biaxially textured YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7-x}$ microwave cavity in a high magnetic field for dark matter axion search
在强磁场存在下的高品质因数微波谐振器可能具有广泛的应用，例如轴子暗物质搜索，其中两个方面必须共存以增强实验灵敏度。本文介绍了一种在腔体内壁上覆盖$_{2}$ O $_{7-x}$超导带材的双织构腔体。使用一个12边多边形腔，我们获得了显著改善的品质因数的TM $_{010}$模式在6.9 GHz，4 K相对于铜腔，并观察到没有相当大的退化，在磁场的存在下，高达8 T。这相当于超导射频技术在轴子和其他需要在强磁场中实现低损耗的研究领域的首次实际应用演示。我们强调了成功演示的重要性，并讨论了进一步的改进。
2021-03-26 hep-ex physics.ins-det
The VORTEX cavity for the RADES axion haloscope
Universidad de Zaragoza（萨拉戈萨大学）；Max-Planck-Institut für Physik (Werner-Heisenberg-Institut)（马克斯·普朗克物理研究所（维尔纳·海森堡研究所））；CERN - European Organization for Nuclear Research（欧洲核子研究组织）
本文介绍了一款中心频率8.5 GHz、调谐范围约800 MHz的VORTEX轴子晕探测器腔，经低温测试和珠拉法验证性能良好，将用于RADES的12 T螺线管磁铁数据采集活动。
2026-08-03 hep-ex physics.ins-det
Split-cavity tuning of a rectangular axion haloscope operating around 8.4 GHz
本文提出一种在约8.4 GHz下通过沿腔体几何结构引入间隙的纯机械方式调谐轴子晕轮镜的新技术，实验证明其在室温和低温下均能实现有效调谐且品质因子降低不到20%。
2025-03-04 hep-ex physics.ins-det
Analysis of single-photon and linear amplifier detectors for microwave cavity dark matter axion searches
我们表明，在较高的频率，从而更高的轴子质量，单光子探测器变得有竞争力，并最终青睐，量子限制线性放大器相比，作为探测器技术在微波腔实验搜索星系晕暗物质轴子。在该比较中的交叉点是10 GHz（$\sim 40\ μ$ eV）量级，并不远高于当前搜索的频率。
2013-08-04 hep-ex physics.ins-det quant-ph
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
Results from phase 1 of the HAYSTAC microwave cavity axion experiment
我们报告的结果从搜索暗物质轴子与HAYSTAC实验使用微波腔探测器在5.6-5.8 $\, \rm Ghz$之间的频率。我们排除了具有双光子耦合$g_{aγγ}\,\gtrsim\,2\times10^{-14}\,\rm GeV^{-1}$的轴子模型，在质量范围23.15 $\,<\,$ $m_a \,$ < $\,$ 24.0 $\,μ\rm eV$上，该模型比基准KSVZ模型高2.7倍。这是我们上一篇论文中报告的范围的两倍。我们实现了近量子限制的灵敏度，通过在温度$T<hν/2k_B$和结合约瑟夫森参量放大器（JPA），在腔的冷却的改进，进一步降低实验的系统噪声温度只有两倍的标准量子限制在其工作频率，一个数量级优于任何其他暗物质微波腔实验。这一结果结束了HAYSTAC计划的第一阶段，利用传统的铜腔和一个单一的JPA。
2018-03-09 hep-ex physics.ins-det
Feasibility, engineering aspects and physics reach of microwave cavity experiments searching for hidden photons and axions
利用微波腔，人们可以建立一个共振的“光穿透墙壁”实验，以寻找隐藏的扇形光子和轴子样粒子，在标准模型的许多扩展中预测。在本说明中，我们使用最先进的技术可以达到的灵敏度的可行性研究。
2009-08-07 hep-ex hep-ph physics.ins-det
3D Lumped LC Resonators as Low Mass Axion Haloscopes
轴子是一种假设粒子，被认为是强CP问题最经济的解决方案。它也可以被表述为暗物质的一个引人注目的组成部分。Haloscope是一种领先的轴子探测方案，它依赖于在静态磁场存在下，在谐振腔结构内将星系晕轴子转换为真实光子，其中产生的光子频率对应于轴子的质量。对于最大灵敏度，关键是腔模式结构的中心频率与所产生的光子的频率一致。由于轴子的质量是未知的，因此有必要在很宽的频率范围内进行搜索。目前，有相当大的地区的有前途的前暴胀低质量轴子范围没有任何可行的建议进行实验搜索。我们表明，3D谐振LC电路与分离的磁场和电场，通常被称为凹腔，可以在这个区域中的灵敏暗物质haloscope，与频率固有地低于那些在空谐振腔的等效尺寸可实现的。我们计算这些实验的灵敏度和可访问的轴子质量范围，设计几何形状，以利用和最大化分离的磁性和电耦合的轴子腔模式。
2016-08-08 hep-ex physics.ins-det
Dark matter Axion search with riNg Cavity Experiment DANCE: Design and development of auxiliary cavity for simultaneous resonance of linear polarizations
类轴子粒子（ALP）是尚未发现的赝标量粒子，是超轻暗物质的候选者。ALP与光子轻微相互作用并引起线偏振光的旋转振荡。暗物质轴子搜索与环形腔实验（DANCE）通过放大蝴蝶结环形腔的旋转振荡来搜索ALP暗物质。线性极化的同时谐振对于放大载波场和ALP信号两者以及实现设计灵敏度是必要的。由于蝴蝶结环腔中s偏振和p偏振之间的谐振频率差，当前原型实验DANCE Act-1的灵敏度比预期低约三个数量级。为了调节谐振频率差，提出了引入辅助腔的方法。在考虑光损耗的情况下，设计了一个辅助腔，可以抵消谐振频率差，实现同时谐振。我们还证实了DANCE Act-1在有辅助腔的情况下可以达到原有的灵敏度。
2021-10-22 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
A Prototype Hybrid Mode Cavity for Heterodyne Axion Detection
SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）；Berkeley Center for Theoretical Physics, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校理论物理中心）；Theoretical Physics Group, Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室理论物理组）；Theoretical Physics Division, Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室理论物理部）；Superconducting Quantum Materials and Systems Center (SQMS), Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室超导量子材料与系统中心（SQMS））；CERN（欧洲核子研究组织）；Departement de Physique Theorique, Universite de Geneve（日内瓦大学理论物理系）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）
本文介绍了一种优化用于异频探测的正常导体谐振腔原型，通过腔体壁上的凹槽支持线极化混合模式，最大化信号功率并抑制噪声，展示了频率扫描机制及噪声抑制效果。
2026-03-13 hep-ex hep-ph physics.ins-det
First observation and analysis of DANCE: Dark matter Axion search with riNg Cavity Experiment
提出了利用RiNg腔实验（DANCE）的暗物质轴子搜索来搜索轴子暗物质[Phys. Rev. Lett. 121，161301（2018）]。我们的目标是探测蝴蝶结腔中轴子-光子耦合引起的光学线偏振的旋转和振荡。与目前最好的上限值相比，DANCE能使轴子质量$m_a < 10^{-10}~\rm{eV}$对轴子-光子耦合常数$g_{a γ}$的灵敏度提高几个数量级.一个原型实验DANCE Act-1正在进行中，以证明该方法的可行性，并调查技术噪音。组装光学器件并评价腔的性能。第一次为期12天的观察于2021年5月成功进行。在线偏振旋转角的单侧振幅谱密度中，我们在$10~\rm{Hz}$处达到了$3 \times 10^{-6}~\rm{rad/\sqrt{Hz}}$。
2021-10-29 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Adjusting optical cavity birefringence with wavelength tunable laser for axion searches
针对四镜环形腔轴子暗物质搜索中s/p偏振反射相位差限制低质量区灵敏度的问题，提出零相移镜与波长可调谐激光调节方法，并实验验证相位差达标。
2025-09-27 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Asymmetrical cavity design that bypasses mode mixings in axion haloscope experiments
针对轴子晕望远镜中调谐杆引发模式混合并造成频率灵敏度空隙的问题，本文提出在特定位置插入介质杆形成非对称腔体，从而移动混合位置与频率，减少灵敏度损失，并验证其在缩小尺寸、更高频段下同样有效。
2025-06-11 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Enhanced tunable cavity development for axion dark matter searches using a piezoelectric motor in combination with gears
本文提出用压电马达与齿轮组合驱动大尺寸调谐杆，在低温、强磁场和高真空条件下实现频率范围约为中心谐振频率42%的宽带可调谐微波腔体，用于提升轴子暗物质搜寻灵敏度。
2024-07-08 hep-ex hep-ph physics.ins-det
RADES axion search results with a High-Temperature Superconducting cavity in an 11.7 T magnet
本研究利用CERN的11.7 T二极磁体和高温超导涂层定制射频腔开展轴子搜寻，分析27小时8.84 GHz频段数据，在36.5676-36.5699 μeV质量范围内未发现类轴子信号，并给出95%置信度下的轴子-光子耦合强度约束。
2025-10-03 hep-ex physics.ins-det
Extended High-Mass Axion Search with an Auxetically Tuned Higher-Order-Mode Cavity
Institute for Basic Science（基础科学研究院）；RIKEN Center for Quantum Computing（理化学研究所量子计算中心）；Oskar Klein Centre, Department of Physics, Stockholm University（斯德哥尔摩大学奥斯卡·克莱因物理中心）；Johannes Gutenberg-Universität Mainz（美因茨约翰内斯古腾堡大学）；Helmholtz Institute Mainz（美因茨亥姆霍兹研究所）；Department of Physics, Seoul National University（首尔大学物理系）；Department of Applied Physics, Graduate School of Engineering, The University of Tokyo（东京大学大学院工学系研究科应用物理专业）
本研究利用辅助调谐的高阶模腔扩展了高质量轴子搜索，覆盖4.98-5.27 GHz，排除了接近KSVZ基准的耦合，验证了高阶模腔的可扩展性。
2026-09-10 hep-ex physics.ins-det
Identifying environmentally induced calibration changes in cryogenic RF axion detector systems using Deep Neural Networks
Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）；Ohio State University（俄亥俄州立大学）
本文利用深度神经网络分析非共振数据，以诊断低温射频轴子探测器中的设备故障和物理条件，提升探测器的复杂性管理能力。
2025-03-04 hep-ex physics.ins-det
On the use of dielectric elements in axion searches with microwave resonant cavities
本文研究介电材料对微波谐振腔轴子暗物质搜寻的影响，发现介电腔在最低阶 TM 模式及高阶模式混合方面可能降低性能，且 TM010 模式灵敏度显著低于无介电腔。
2023-04-13 hep-ex physics.ins-det
Axion Detection with Cavity Arrays
使用本征模分析和全三维有限元建模，我们证明了一个封闭的腔建立了一个阵列的基本谐振子与负互耦表现出色散曲线与低阶模式对应的较高的频率。这样的腔阵列可以帮助实现大的模式体积，以提高轴子搜索的灵敏度，其中组合阵列的模式体积与元件的数量成比例，但频率保持恒定。负耦合腔阵列演示与磁耦合线圈，其中相邻耦合的符号（控制与他们的手征）设置的谐振器阵列介质的色散曲线特性。此外，我们表明，可以实现类似的效果，仅使用正耦合腔的不同频率组装在周期性细胞。这一原则证明了多后再入系统，它可以实现与直金属棒的手性结构中组织的阵列。
2017-10-06 gr-qc hep-ex physics.ins-det
Status report of the CERN microwave axion experiment
“光穿墙”实验可以通过与光子的弱耦合来探测“类轴子粒子”的存在。我们已经调整了这样的实验，微波制度，并建立了桌面装置。这项工作概述了实验装置，然后重点介绍了我们最新的测量运行及其结果。通过在超导MRI磁体内操作该装置，已经实现了轴子类粒子对第一代光学光照射穿过壁实验的竞争排斥极限。
2013-09-02 physics.ins-det
Cavity design for high-frequency axion dark matter detectors
为了将微波腔体探测器的有用性扩展到更高的轴子质量，高于~8 $μ$ eV（~2 GHz），对腔体进行了数值贸易研究，以研究使用可变周期柱阵列和调节叶片设计进行更高频率搜索的优点。结果表明，这两种设计都可以用来开发高质量轴子搜索的谐振腔。这两种方法的多个配置获得了相当于约4个相干耦合腔与一个调谐杆的扫描灵敏度。
2016-03-22 physics.ins-det
Phase-matching of multiple-cavity detectors for dark matter axion search
传统的轴子暗物质搜寻实验采用圆柱形的微波腔体浸没在螺线管磁场中。探索更高频率区域需要更小尺寸的腔体，因为TM 010谐振频率与腔体半径成反比。有效利用给定磁体体积并由此提高实验灵敏度的一种直观方法是将多个腔捆绑在一起并组合它们的单独输出，以确保相干轴子信号的相位匹配。我们进行了广泛的研究多腔系统的相位匹配机制的现实设计，并证明其实验可行性，使用双腔系统。
2017-07-19 astro-ph.IM physics.ins-det
Revisiting the detection rate for axion haloscopes
腔晕镜已被用来探测在强磁场作用下不可见宇宙轴子共振转换的微波光子。在该方案中，轴子-光子转换功率已被公式化为对于某些条件有效，无论是$Q_{cavity}\ll Q_{\rm axion}$还是$Q_{cavity} \gg Q_{axion}$。然而，当这两个量彼此相当时，这种补救方法就失败了。此外，噪声功率流已被视为独立的阻抗失配的系统，这可能会引起误导的实验灵敏度的估计。我们重新审视的分析方法，得到一个一般的描述的信号和噪声功率。我们还优化了接收器的耦合强度，以产生最大的灵敏度轴子搜索实验。
2020-04-14 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Optimising Re-entrant Cavity Designs for Low Mass Axion Haloscopes
Swinburne University of Technology（斯威本科技大学）；University of Western Australia（西澳大学）
本文通过优化回形谐振腔设计，提高了低质量轴子卤素探测器的有效扫描时间，提出了一种双攻击几何结构和混合设计方案，提升了探测灵敏度。
2026-01-28 physics.ins-det
Axion Haloscopes with Toroidal Geometry at CAPP/IBS
现有的轴子晕圈镜在螺线管场中采用圆柱形谐振腔。我们，韩国基础科学研究所（IBS）的轴子和精密物理研究中心（CAPP），也在利用这种圆柱形几何形状进行晕轴子的发现。然而，端盖的腔的存在增加了挑战，因为我们探索更高的频率区域的轴子在2 GHz以上。为了克服这些挑战，我们采用了环形设计的腔和磁场。环形几何结构提供了几个优点，其中两个是对于给定的空间更大的体积和大大减少干扰我们的量子点的边缘场，特别是计划中的基于量子的设备。我们介绍了环形轴子haloscopes的概念，目前正在进行的研究活动和计划在CAPP/IBS。
2016-09-13 hep-ex physics.ins-det
Tunable photonic crystal haloscope for high-mass axion searches
在寻找轴子暗物质的过程中，基于腔的晕圈镜为微波区域中理论上有趣的模型提供了最灵敏的方法。然而，实验搜索已被限制到相对较低的质量高达几十个$μ$ eV，受益于大的检测体积和高品质因数为一个给定的实验设置。我们提出了一种新的腔设计，适用于轴子搜索在更高的质量区域，具有增强的性能。该设计的特点是介电材料在传统的导电腔中的周期性排列，其中谐振频率由间隙决定。这种光子晶体晕镜即使在高频下也能充分利用给定的体积，同时大大提高了腔体的品质因数。一个拉胀结构被认为是部署阵列的二维频率调谐。我们提出了这种晕镜设计的特点，并证明了其可行性高质量的轴子搜索。
2022-09-30 hep-ex physics.app-ph physics.ins-det
Axion Search with Ring Cavity Experiment
提出了一种利用光学环形腔寻找轴子暗物质的新实验方法。我们的谐振腔测量两个圆偏振激光束之间的谐振频率差。其技术设计采用双通结构，实现了零化实验，抑制了环境共模噪声。我们发现，它可以探测轴子光子耦合常数与广泛的轴子质量$10^{-17} \text{eV} \lesssim m \lesssim 10^{-10} \text{eV}$，高达几个数量级超出目前的限制。我们期望该腔实验为发展轴子研究开辟一个新的窗口。
2018-11-29 astro-ph.CO hep-ph physics.ins-det
A microwave paraphoton and axion detection experiment with 300 dB electromagnetic shielding at 3 GHz
对于微波等效的“光透过墙壁”（LSW）实验，需要灵敏的微波探测器和非常高的电磁屏蔽。轴子产生腔和附近的检测腔之间的屏蔽衰减应该大于300 dB，以便改善目前存在的排除限制。为了在实践中实现这些目标，利用“盒中盒”的概念来屏蔽检测腔，而矢量信号分析仪被用作微波接收器，其分辨率带宽非常窄，大约为几微赫兹。本文将介绍实验布局和迄今为止的结果。
2012-07-13 physics.ins-det
Galactic axions search with a superconducting resonant cavity
为了解释我们宇宙中的暗物质含量，后暴胀情景预测QCD轴子的质量在$(10-10^3)\,μ\mbox{eV}$范围内。在该质量范围内的具有晕圈镜的实验需要监测频率高于5GHz的谐振腔模式，其中由于线性放大器、小体积和Cu谐振腔的低品质因数而出现几个实验限制。在本文中，我们处理的最后一个问题，提出的结果，寻找银河系轴子使用的晕镜的基础上$36\,\mbox{cm}^3$ NbTi超导腔。该腔在2，T磁场中工作于$T=4\,\mbox{K}$，在9，GHz时，TM 0 10模的品质因数为$Q_0= 4.5\times10^5$.对于这样的$Q$值，相对于铜腔haloscope，轴子信号显著增加。操作此设置，我们将轴子光子耦合的极限$g_{aγγ}<1.03\times10^{-12}\,\mbox{GeV}^{-1}$设置为约37 μ l，$μ$ eV。在不同的磁场，温度和频率的NbTi腔的综合研究。
2019-03-15 physics.ins-det
Characterization of the HAYSTAC axion dark matter search cavity using microwave measurement and simulation techniques
许多对轴子冷暗物质的研究依赖于可调谐电磁谐振器的使用。电流检测器在微波频率或接近微波频率下工作，并使用带有圆柱形调谐杆的圆柱形腔。腔体性能强烈地影响检测器的信号功率，即使在最佳条件下，预期信号功率也非常小。有强烈的动机，以表征这些微波腔，并提高其性能，以最大限度地提高可实现的信号功率。我们提出了一项研究的结果，表征HAYSTAC（Haloscope在耶鲁大学敏感的轴子冷暗物质）腔微扰测量和详细的三维电磁模拟。这是第一次使用微珠微扰方法来表征轴子晕镜腔。在这项研究中，我们测量了0.001英寸量级的错位影响，并证明了使用电磁模拟可以预测相同的影响。我们还进行了详细的研究模式之间的交叉和杂交的TM $_{010}$模式中使用的操作和其他腔模式。这种混合限制了在轴子搜索期间可以使用的腔的调谐范围。通过详细描述每个模式交叉，我们表明，一些模式交叉是良性的，可能仍然有用的数据收集。观察到的测量和模拟之间的一致性水平表明，有限元建模可以捕获非理想的腔行为和非常小的缺陷的影响。三维电磁仿真和微扰测量是微波工程界的标准工具，但它们在轴子腔设计中没有得到充分利用。这项工作证明了他们的潜力，以提高对现有腔体的理解和优化未来的设计。
2019-01-30 physics.ins-det
A coupled microwave-cavity system in the Rydberg-atom cavity detector for dark matter axions
利用里德伯原子腔探测器，在10 mK温度范围内，研制了一个圆柱形TM $_{010}$单模微波腔耦合系统，用于探测10 $μ{\rm eV}$（2.4 GHz）附近的暗物质轴子。耦合腔的一个部件（转换腔）由无氧铜制成，在强磁场中利用Primakoff过程将轴子转换为单光子;另一个部件（探测腔）由铌制成，在无磁场的情况下，利用里德伯原子穿过探测腔，探测转换后的光子。探测腔的顶部连接到稀释制冷机的混合室的底部凸缘，因此整个腔被冷却到10 mK范围，以减少腔中的背景热黑体光子。通过沿圆柱轴移动独立插入腔的每个部分中的电介质棒，腔谐振频率可在$\sim$ 15%以上调谐。为了减少从较高温度侧到最冷稀释制冷机部分的热负荷，转换腔处的调谐杆在室温下特别通过Kevlar弦与低温恒温器外部的步进电机驱动。到目前为止，对于长周期操作，实现的最低温度为12 $\sim$ 15 mK，并且对于整个频率调谐范围，低温下的加载Q值为3.5 $\sim$ 4.5 $\times$ $10^4$。特性和耦合腔系统的性能，并讨论了未来可能的改进。
2001-01-04 physics.ins-det
DANCE: Dark matter Axion search with riNg Cavity Experiment
我们提出了一种新的方法来寻找轴子暗物质与光学环形腔[物理评论Lett。121，161301（2018）]。光子与轴子或类轴子粒子的耦合使左手光子和右手光子之间的相速度产生调制差异。我们的方法是通过测量两个圆极化之间的谐振频率差，用环形腔来测量这种相速度差。我们的估计表明，轴子质量$m \lesssim 10^{-10}$ eV的轴子-光子耦合常数$g_{a γ}$的灵敏度可以提高几个数量级相比，目前的最佳限制。本文介绍了利用强腔实验（DANCE）寻找暗物质轴子的原理和原型实验DANCE Act-1的现状。
2019-11-14 astro-ph.IM hep-ph physics.ins-det
Search for invisible axion dark matter of mass m$_a=43~μ$eV with the QUAX--$aγ$ experiment
QUAX-$aγ$实验的晕圈镜由一个8.1 T磁体内的无氧高导热铜腔组成，并冷却到$\sim200$ mK，用于搜索质量为$m_a\simeq43~μ\text{eV}$的银河系轴子。由谐振腔发射的功率被约瑟夫森参量放大器放大，其噪声波动处于标准量子极限。在大约1小时内收集的数据，在腔频率$ν_c=10.40176$ GHz，实验达到银河系QCD-轴子的检测所需的灵敏度，设置$90\%$置信水平限制的轴子-光子耦合$g_{aγγ}<0.639\times10^{-13}$ GeV $^{-1}$。
2021-05-26 hep-ex physics.ins-det
Status report of the CERN light shining through the wall experiment with microwave axions and related aspects
证明或排除类轴子粒子存在的一种方法是微波光穿过墙壁实验。在本出版物中，我们将强调这种设置的工程方面，目前正在欧洲核子研究中心的发展。一个关键点，以实现有意义的结果，是电磁屏蔽之间的轴子发射器和接收器腔，这需要在300分贝的顺序，以改善现有的实验界限。在整个实验过程中，两个腔体之间的RF泄漏或电磁串扰必须得到很好的控制和量化。一个非常窄的频带（在10^-6 Hz范围内）零差检测方法被用来揭示轴子信号从背景热噪声。介绍了该实验的现状。
2012-05-11 physics.ins-det
Cross-correlation measurement techniques for cavity-based axion and weakly interacting slim particle searches
针对暗物质候选者 WISPs 探测中多微波腔功率合成的技术难题，提出一种基于互相关的测量方案，有效合成多个腔的功率并提升候选 WISP 信号的信噪比。
2019-03-06 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Low Frequency (100-600 MHz) Searches with Axion Cavity Haloscopes
本研究针对轴子暗物质实验已覆盖质量以下的更低质量区间，通过数值模拟优化凹入式与介质加载腔的参数，制作原型验证模拟结果，并估算了其在现有及在建大型磁体中的轴子暗物质搜寻灵敏度。
2023-03-28 hep-ex hep-ph physics.ins-det
A Symmetric Multi-rod Tunable Microwave Cavity for the HAYSTAC Dark Matter Axion Search
微波腔实验是在0.1-10 GHz范围内寻找轴子的最灵敏的方法，对应于0.5 - 40 $μ$ eV的质量。对于大于5GHz的频率的特定挑战是设计具有大体积的腔，该腔包含具有高形状因子、高品质因数、宽动态范围并且没有入侵模式的谐振模式。对于HAYSTAC，我们设计并构建了一个优化的高频腔，该腔具有保持高度旋转对称性的调谐机制，这对于最大化其品质因数至关重要。根据最近对轴子质量5.5 - 7.4 GHz的理论估计，该腔覆盖了一个重要的频率范围，并且该设计似乎也可扩展到更高的频率。本文将讨论关键的设计和施工细节的腔，提出了一个总结的设计演变，并提醒从业人员的潜在的徒劳的途径，为今后的工作。
2020-06-01 astro-ph.IM physics.ins-det
Piezoelectrically Tuned Multimode Cavity Search for Axion Dark Matter
$μ$ eV轴子是对标准模型的一个很好的扩展。轴子暗物质实验（ADMX）合作项目试图通过寻找暗物质轴子在强磁场中共振转换为微波光子来发现这种粒子。在这封信中，我们报告了一个探路者实验的结果，ADMX“Sidecar”，旨在为未来更大规模的搜索铺平道路。该测试台实验位于主ADMX实验内部，并与主ADMX实验协同操作。Sidecar实验排除了三个宽间隔频率范围（4202-4249，5086-5799和7173-7203 MHz）的质量。此外，Sidecar演示了成功使用压电致动器进行腔调谐。最后，该出版物首次报告了使用TM $_{010}$和TM $_{020}$模式测量的数据。
2019-01-03 astro-ph.CO hep-ex physics.ins-det
Dark matter Axion search with riNg Cavity Experiment DANCE: Current sensitivity
提出了利用强腔实验（DANCE）进行暗物质轴子搜索的方法.为了寻找类轴子粒子，我们的目标是探测由轴子-光子与蝴蝶结腔耦合引起的光学线偏振的旋转和振荡。与目前最好的上限值相比，DANCE能使轴子质量$m_a < 10^{-10} \, \rm{eV}$对轴子-光子耦合常数$g_{a γ}$的灵敏度提高几个数量级.原型实验DANCE Act-1正在进行中，以证明该方法的可行性并调查技术噪声。我们组装了光学器件，评估了腔的性能，并估计了电流灵敏度。如果我们观察一年，我们可以在$m_a \simeq 10^{-13} \, \rm{eV}$达到$g_{a γ} \simeq 9 \times 10^{-7} \, \rm{GeV^{-1}}$。电流灵敏度被认为是有限的激光强度噪声在低频率和机械振动在高频率。
2021-05-17 astro-ph.IM hep-ph physics.ins-det
Symmetry Breaking in Haloscope Microwave Cavities
轴子晕圈探测器使用由磁场渗透的微波腔来谐振由于逆普里马科夫效应而从轴子转换的光子。检测器的灵敏度与腔的搜索模式的形状因子成比例。横向对称性破缺被用来调整搜索模式，以扫描一系列的轴子质量。然而，数值分析表明，横向和纵向对称性破缺降低了搜索模式的灵敏度。模拟还表明，纵向对称性破缺导致其他不希望的后果，如模式混合和模式拥挤。这些结果使轴子暗物质搜索复杂化，并进一步降低了探测器的搜索能力。本文对晕圈镜微波谐振腔的对称性破缺进行了数值分析。
2018-01-22 physics.ins-det
Design and Operational Experience of a Microwave Cavity Axion Detector for the 20-100 micro-eV Range
我们描述了一个暗物质轴子探测器的设计，建造和操作作为一个创新平台，新的腔和放大器技术，并作为一个数据探路者在$5 - 25$ GHz范围（$\sim20-100\: μ$ eV）。该平台体积小，但灵活，以促进新的微波腔和放大器的概念在操作环境中的发展。该实验最近完成了第一次数据生产;这是第一次微波腔轴子搜索部署约瑟夫森参量放大器和稀释冰箱，以实现近量子限制性能。
2017-02-23 astro-ph.IM physics.ins-det
Broadening Frequency Range of a Ferromagnetic Axion Haloscope with Strongly Coupled Cavity-Magnon Polaritons
由于轴子是暗物质的主要候选者，最近人们对通过所谓的“铁磁晕圈镜”进行直接检测产生了一些兴趣。这种装置利用了轴子和电子之间的耦合，以磁性材料的集体自旋激发的形式，通过微波腔读出。在这里，我们提出了一个新的，一般的，这样的实验在一个强耦合的磁振子和光子，杂交作为腔磁振子极化激元的哈密顿制剂的理论治疗。这种强耦合系统具有扩展的可测量色散范围。因此，我们扩展到色散制度，这使得任何铁磁haloscope实现改善的带宽相对于轴子质量参数空间的分析和操作这样的实验。该实验是在低温设置中实施的，并且给出了初始搜索结果，该结果设置了$g_{aee}>3.7\times10^{-9}$在$33.79~μ$ eV $< m_a<33.94~μ$ eV与$95\%$置信度范围内的轴子-电子耦合强度的实验室限制。计算出铁磁晕圈仪的潜在带宽为两个频带，第一个频带约为$8.24$ GHz周围的$1$ GHz（或$34.1~μ$ eV周围的$4.1~μ$ eV质量范围），第二个频带约为$10$ GHz周围的$1.6$ GHz（$41.4~μ$ eV周围的$6.6~μ$ eV质量范围）。频率调谐也可以通过外部磁场容易地实现，该外部磁场相对于腔频率改变铁磁谐振频率。本文讨论了未来改进以达到DFSZ轴子模型带所需的要求。
2019-03-29 physics.ins-det
Symmetrically Tuned Large-Volume Conic Shell-Cavities for Axion Searches
在早期的论文中，提出了一类新的薄壳腔，以避免传统轴子haloscope的陡峭频率标度。在这项后续工作中，我们看到，一个广义的圆锥几何形状，使这些大体积厘米波腔强大的频率调谐。圆锥壳腔的频率限定尺寸在调谐期间对称且均匀地改变，从而保持到外部螺线管场的高轴子耦合效率（形状因子）。它进一步表明，这种可调的几何形状不限于圆锥。本文提出了一种适用于任意体积填充圆锥壳型腔的通用公式，并对所建立的数值模型给出了直接解。最大的实现设计是一个曲折的“大脑”腔，可在20%的频率范围内调谐。该腔的扫描速率比当前一代实验中使用的缩放圆柱形腔的扫描速率大三个数量级。扫描速率如此大的改善的前景应该激励制造和其他实现技术的研发工作。如果能够满足这些工程挑战，基于腔的轴子Haloscope可以在高于几GHz的频率上保持竞争力。我们提出了一个实验配置在20 GHz（~ 80 $μ$ eV）使用一个阵列的脑腔，并将其与其他建议类似的频率。
2020-12-10 astro-ph.CO hep-ex physics.ins-det
Improving Dark Matter Axion Searches with Active Resonators
轴子是暗物质的一个很好的候选者。寻找暗物质轴子的最灵敏的实验依赖于轴子与沉浸在强磁场中的微波腔的电磁共振的耦合。实验的灵敏度与耦合到轴子的共振的Q成比例。到目前为止，用于轴子搜索的谐振器都是无源的，Q值受到腔壁中功率损耗的限制。我建议使用主动反馈谐振器，以提高微波腔轴子暗物质实验的Q值的几个数量级。这应该允许实验显着增加的速度，他们可以测试潜在的轴子质量和耦合。
2014-03-26 astro-ph.CO physics.ins-det
Cavity Characterization for the Princeton Axion Search
Princeton University（普林斯顿大学）
本研究为普林斯顿轴子搜寻实验表征其圆柱腔，结合扰动法推导场模式，验证了腔结构与模拟吻合，为未来亚μeV轴子搜寻提供支撑。
2026-10-09 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Optical Ring Cavity Search for Axion Dark Matter
我们提出了一个新的实验，以寻找轴子暗物质的区别的相位速度的左，右手偏振光子。我们的光学腔测量两个圆偏振的激光束之间的谐振频率的差异。我们的谐振腔设计采用了双通结构，实现了零模实验，并对环境干扰有很高的共模抑制。我们估计潜在的灵敏度的轴子质量$m \lesssim 10^{-10}$ eV的轴子光子耦合常数$g_{aγ}$。在低质量范围$m \lesssim 10^{-15}$ eV中，我们可以实现$g_{aγ} \lesssim 3\times 10^{-16} ~\text{GeV}^{-1}$，其超出电流约束几个数量级。
2018-11-29 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ph
Engineering of Form Factor in Rotationally Symmetric Photonic Cavities for Faster Axion Searches
形状因子可以在光子腔中设计，使得其显著地增加轴子晕圈检测器的扫描速度。利用光子腔的高阶模，我们可以探测更大质量范围内的轴子，这超出了依赖于传统铜腔的现有探测器的范围。主要思想是产生具有纵向场分布的高阶模，该高阶模具有远离腔轴和腔壁的相对高的振幅，使得其导致相对大的形状因子并保持高品质因数。探测器扫描速度显著增加，因为它与形状因子的平方乘以品质因数成比例。
2022-01-20 physics.ins-det
Direct detection of dark matter axions with directional sensitivity
我们研究了轴子晕圈探测器谐振腔中轴子暗物质信号的方向性效应，对于不满足轴子德布罗意波长$λ_a$充分大于完全相干转换的腔尺寸$L$（即$λ_a \gtrsim 2πL$）的腔几何形状.我们专注于长薄腔沉浸在偶极磁铁，并找到适当选择的腔长度，O（1）调制的信号与腔的方向相对于由银河系暗物质晕的等温球模型预测的遗迹轴子背景的动量分布。这种效应可以被用来设计定向轴子暗物质探测器，提供一个明确无误的外星起源的可能的积极检测签名。此外，调制的精确形状可以给出星系晕分布的信息，并且对于特定的晕模型，对于更高的轴子质量给出额外的灵敏度。
2012-08-28 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ph
Dark matter Axion search with riNg Cavity Experiment DANCE: Development of control system for long-term measurement
类轴子粒子（ALP）是一种赝标量粒子，是超轻暗物质的候选者。ALP与光子发生轻微的相互作用，引起线偏振的旋转振荡。DANCE通过增强蝴蝶结环形腔中的旋转振荡来寻找ALP暗物质。DANCE的信噪比可以通过长期观测来提高，我们计划对最后一次DANCE进行为期一年的观测。在本文中，我将报告我们为未来长期观测而开发的环形腔控制系统。
2021-05-18 astro-ph.IM hep-ph physics.ins-det
Direct calibration of microwave amplification chain on an axion cavity haloscope
针对轴子谐振仪中传统Y因子校准法因探测线与校准线传输特性不同导致不准确的问题，提出一种无需开关的微波放大链直接校准方法，通过控制与输入噪声源解耦的腔体温度改变谐振频率附近的噪声谱，实验证明可直接利用变温腔体辐射校准放大链增益。
2024-12-25 physics.app-ph physics.ins-det
Axion dark matter search using arm cavity transmitted beams of gravitational wave detectors
轴子是超轻暗物质的一个很有希望的候选者，它可以引起激光的偏振旋转。最近，一个新的想法，探测轴子暗物质的光学线性腔中使用的引力波探测器的武器已被提出[物理。123，111301（2019）]。在本文中，一个现实的方案，轴子暗物质搜索与臂腔传输端口重新审视。由于传输端口探测到的光子在腔中传播奇数次，因此轴子暗物质对其相位的影响不会被抵消，并且与使用反射端口的搜索相比，在低质量范围内的灵敏度显着提高。我们还考虑了轴子场的随机性和引力波探测器中两个探测端口的可用性。基于地面的引力波探测器（如Advanced LIGO）对轴子-光子耦合的灵敏度$g_{aγ}$估计为$g_{aγ} \sim 3\times10^{-12}$ GeV $^{-1}$，低于$10^{-15}$ eV的轴子质量，这改进了CERN轴子太阳望远镜所达到的极限。
2021-09-22 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ph
Axion Detection with Precision Frequency Metrology
研究了一类新的基于精密频率和相位计量学的星系晕轴子探测技术。利用轴子电动力学方程，证明了双模腔如何通过轴子上转换和轴子下转换过程表现出线性模-模耦合。该方法证明了相位灵敏度与外部泵浦信号检测轴子相位的能力。计算了开环和闭环检测方案下的轴子信号-相位谱密度转换。所提出的方法的基本限制来自频率和环境控制电子设备的精度，而不是基本的热波动，允许桌面实验接近最先进的低温轴子搜索的灵敏度。实际实现被认为是，包括一个TE-TM模式对在圆柱形腔谐振器和两个正交偏振模式在法布里-珀罗腔。
2019-09-11 cond-mat.other hep-ex hep-ph
