The Grenoble Axion Haloscope platform (GrAHal): development plan and first results
在本说明中，我们报告的发展计划和格勒诺布尔轴子晕（GrAHal）项目的第一批成果。它旨在开发一个专门用于寻找轴子暗物质粒子的晕圈镜平台。我们讨论了它的一般框架和计划，以达到探测众所周知的不可见的轴子模型，特别是相关的轴子质量和耦合区域所需的灵敏度。我们还提出了我们的第一个晕圈原型和它的测试运行在液态氦温度的结果，设置一个新的排除限制$g_{a γγ} \leq 2.2 \times 10^{-13}~ \text{GeV}^{-1}$（$g_{a γγ} \leq 22 \times g_{\text{KSVZ}}$）约6.375 GHz（$m_a \simeq 26.37$ $μ\text{eV}$）。
2021-10-27 hep-ex hep-ph
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
Axion haloscope signal power from reciprocity
本文利用洛伦兹互易定理推导轴子信号功率的通用表达式，使其仅依赖可测量的反射感应场，适用于谐振腔、介质及碟形天线等多种轴子射电望远镜。
2023-05-09 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Dielectric Haloscopes to Search for Axion Dark Matter: Theoretical Foundations
我们研究了一种新的探测暗物质轴子的方法-电介质晕镜的基本理论。当不同电介质之间的界面处于磁场内时，振荡的轴子场充当电磁波的源，电磁波在垂直于表面的两个方向上出现。发射率可以通过明智地放置多个层以实现相长干涉和通过大的横向面积来提高。从轴子修正的麦克斯韦方程组出发，我们计算了这种新的介质晕圈法的效率。这种技术可以潜在地搜索10- 100 GHz（轴子质量40- 400 $μ$ eV）的未探索的高频范围，其中传统的空腔谐振器难以达到所需的体积。
2017-01-31 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
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
Signatures from Non-classical Features of Axion Dark Matter in Cavity Haloscopes
该研究探讨轴子暗物质的非经典特征在腔式探测器中的印记，给出压缩态、对纠缠暗物质态的示例信号，并分析其提升实验搜索灵敏度的潜力。
2025-09-04 hep-ex hep-ph quant-ph
Dielectric haloscopes: sensitivity to the axion dark matter velocity
我们研究的轴子暗物质的速度在最近提出的电介质haloscopes，一个很有前途的途径，寻找动机良好的高质量（$40-400~μ$ eV）的轴子的效果。我们描述了在磁场中轴子-光子混合的非零速度效应以及不同介质界面的光子发射现象。由于速度效应仅在晕圈大于轴子德布罗意波长的20%时才重要，因此对于计划中的具有80个介质盘的MADMAX实验，可以安全地忽略速度依赖性。然而，增强的MADMAX或第二代实验将对轴子速度方向敏感，因此是轴子天体物理学的敏感测量。
2018-05-28 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Searching for Invisible Axion Dark Matter with an 18T Magnet Haloscope
报道了利用18 T高温超导磁晕镜对轴子暗物质的首次搜索结果。扫描频率范围为4.7789 ~ 4.8094GHz。没有观察到与星系晕暗物质轴子一致的显著信号。结果设定了轴子-光子-光子耦合的最佳上界（$g_{aγγ}$）在19.764至19.7711的质量范围内，$μ$ eV（19.863至19.890\，$μ$ eV），1.5 $\times|g_{aγγ}^{\text{KSVZ}}|$（1.7 $\times|g_{aγγ}^{\text{KSVZ}}|$）和19.772至19.863 μ，$μ$ eV（2.7 $\times|g_{aγγ}^{\text{KSVZ}}|$），置信水平为90%。这种显着的灵敏度在高质量区域的暗物质轴子是通过使用最强的磁场在现有的晕圈镜实验和实现低噪声放大的微波信号使用约瑟夫森参数转换器。
2022-06-17 hep-ex physics.ins-det
Improved axion haloscope search analysis
由于轴子质量未知，轴子晕圈镜搜索中最重要和最实用的品质因数之一是扫描速率。在最佳实验参数下，提高品质因数的唯一途径是在轴子晕圈搜索分析过程中提高实验设计的信噪比。在本文中，我们报告了一个改进的轴子晕镜搜索分析使用的数据由CAPP-8 TB晕镜。通过在存在轴子信号的情况下校正由背景参数化引起的背景偏差，我们实现了约100%的信噪比效率。根据目前的轴子晕镜搜索分析，扫描速率可提高21%，信噪比提高约10%。这一改进是轴子晕镜搜索中的另一个低成本创新，其中所有实验参数目前都处于最佳状态。
2021-04-08 astro-ph.CO hep-ex
Quantum calculation of axion-photon transition in electromagnetodynamics for cavity haloscope
本文基于量子电磁动力学（QEMD）利用新的轴子相互作用哈密顿量计算了均匀电磁场中轴子-单光子跃迁率，揭示了谐振腔对转换率的增强作用，并展示了在腔轴子望远镜实验中搜寻新轴子-光子耦合的潜力。
2023-11-20 hep-ex hep-ph
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
Exploiting higher-order resonant modes for axion haloscopes
在轴子被认为是暗物质候选者的区域内，晕圈镜是研究QCD轴子物理最灵敏的方法之一。目前的实验灵敏度，依赖于最低的基本TM010模式的圆柱形腔，被限制在相对较低的质量区域。利用高阶谐振模式将是有益的，因为它将使我们能够扩展搜索范围，而没有体积损失和更高的品质因数。这种方法已经被放弃，主要是因为形状因子的显著退化，以及频率调谐的困难。在这里，我们介绍了一种新的调谐机制的概念，既提高了形状因子，并产生合理的频率可调谐性。一个概念验证演示验证了这种设计是可行的大质量轴子搜索实验。
2019-11-26 hep-ex physics.ins-det
Search for dark-matter axions beyond the quantum limit: the Cosmological Axion Sarov Haloscope (CASH) proposal
该提案旨在通过超低温单光子探测器与强磁场，将暗物质轴子探测灵敏度推进至量子极限以下，使CASH成为该质量范围最灵敏的谐振腔。
2025-06-23 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
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
Electric and magnetic energy at axion haloscopes
我们回顾了最近发表在《物理评论快报》上的一封信。$\textbf{116}$，161804（2016），其主要论点是，轴子haloscopes处的模式相关磁形状因子取决于螺线管内部空腔的位置，而相应的电形状因子则不。然而，我们没有发现这样的依赖性，这也相当于这样的陈述，即存储在腔模式中的电能和相应的磁能是相同的，而不管螺线管内的腔的位置。此外，我们扩展的情况下，满足$\vec{\nabla}\times\vec{B}_{\rm external}=0$，其中$\vec{B}_{\rm external}$是一个静态的磁场提供的磁铁在轴子晕。两种典型的磁体，螺线管和环形，满足$\vec{\nabla}\times\vec{B}_{\rm external}=0$，因此存储在腔模式中的电能和相应的磁能在两种情况下总是相同的。然而，在具有螺线管的轴子天体镜中，能量与腔的位置无关，而是取决于具有环形磁体的轴子天体镜。
2016-08-02 hep-ex hep-ph
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。
2023-06-20 hep-ex hep-ph
Comment on "Tunable Supermode Dielectric Resonators for Axion Dark-Matter Haloscopes"
我们评论最近发表的论文，物理评论应用9，014028（2018），该论文提出了介电谐振器的频率调谐机制，并展示了它们在轴子haloscope中的潜在应用。其中一个方案引入了一个圆柱形的电介质中空体，并将其在轴向方向上分裂以调谐频率。作者声称，该方案提供了一个1至2个数量级的改善，在利用高阶谐振模式的轴子搜索灵敏度。我们发现，他们的研究是基于不切实际的空腔模型和不适当的选择的品质因数（FOM），这可能会误导显着提高灵敏度。考虑一个实际的腔结构和一个适当的FOM，我们重新计算了该方案的意义，结果表明它是不实质的。
2018-12-07 hep-ex physics.ins-det
First Results from the Taiwan Axion Search Experiment with Haloscope at 19.6 $μ$eV
这封信报告了台湾使用Haloscope进行的轴子搜索实验的第一个结果，该实验使用频率在4.70750和4.79815 GHz之间的微波腔来搜索轴子。实验排除了轴子-双光子耦合$\left|g_{aγγ}\right|\gtrsim 8.2\times 10^{-14}$ GeV $^{-1}$的模型，该模型比基准KSVZ模型高出11倍，在19.4687 < $m_a$ < 19.8436 $μ$ eV的质量范围内，其灵敏度比任何现有极限都高出三个数量级。这也是第一次在这个质量区域内对$g_{aγγ}$进行Haloscope类型的实验。
2022-05-19 hep-ex physics.ins-det
Dielectric Haloscopes: A New Way to Detect Axion Dark Matter
我们提出了一种新的策略，通过引入介电Haloscope，其中包括放置在一个磁场中的介质盘，寻找质量范围为40- 400 $μ$ eV的暗物质轴子。变化的介电介质引起轴子感应电场的不连续性，导致产生传播的电磁波以满足界面处的连续性要求。具有可调距离的大面积磁盘将微波信号（10- 100 GHz）提升到可观察的水平，并允许在广泛的轴子质量范围内进行扫描。对QCD轴子模型的敏感性是可以想象的，80个1 m $^2$面积的圆盘包含在一个$10$特斯拉场中。
2017-03-03 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
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
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
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
Axion Haloscope Using an 18 T High Temperature Superconducting Magnet
我们详细报告了轴子暗物质搜索实验，该实验使用了高温超导（HTS）磁体和约瑟夫森参数转换器（JPC）的创新技术。研制了18 T高温超导螺线管磁体。JPC被用作第一级放大器，以实现近量子限制的低噪声条件。第一次暗物质轴子搜索是用18 T轴子晕圈镜进行的。扫描频率范围为4.7789 GHz至4.8094 GHz（30.5 MHz范围）。没有观察到与银河系暗物质轴子一致的显著信号。我们的结果设定了轴子-光子-光子耦合（$g_{aγγ}$）的最佳极限在轴子质量范围为19.764至19.890 $μ$ eV。使用贝叶斯方法，$g_{aγγ}$的上限分别在19.764至19.771 $μ$ eV（19.863至19.890 $μ$ eV）的质量范围内设定为0.98 $\times|g_{aγγ}^{\text{KSVZ}}|$（1.11 $\times|g_{aγγ}^{\text{KSVZ}}|$），在19.772至19.863 $μ$ eV的质量范围内设定为1.76 $\times|g_{aγγ}^{\text{KSVZ}}|$，置信水平为90\%。我们报告了18 T轴子晕镜实验的设计、建造、操作和数据分析。
2022-11-30 hep-ex physics.ins-det
Taiwan Axion Search Experiment with Haloscope: CD102 Analysis Details
本文介绍了在台湾轴子搜索实验与Haloscope（TASEH），在4.70750和4.79815 GHz之间的频率使用微波腔的轴子搜索的第一次物理运行期间获得的数据的分析。数据收集时间为2021年10月13日至2021年11月15日，称为CD 102数据。对TASEH CD 102数据的分析排除了轴子-双光子耦合$|g_{aγγ}| \gtrsim 8.2\times 10^{-14}$ GeV $^{-1}$的模型，这是质量范围为19.4687 < ma < 19.8436 $μ$ eV的基准KSVZ模型的11倍。
2022-05-13 hep-ex physics.ins-det
The ORGAN Experiment: An axion haloscope above 15 GHz
我们目前的第一个结果和未来的计划振荡谐振群AxioN（ORGAN）实验，微波腔轴子haloscopic位于珀斯，西澳大利亚州的设计探测高质量的轴子激发的几个理论模型。第一阶段集中在26.6 GHz附近，以便直接测试所声称的结果，该结果表明轴子存在于相应的质量$110~μ$ eV。后期阶段将移动到15-50 GHz（$60-210~μ$ eV）的更宽扫描范围。我们提出了寻路运行的结果，它在26.531 GHz或110~ $μ$ eV的范围内设置了$2.02\times 10^{-12} $ eV $^{-1}$的$g_{aγγ}$极限，范围为2.5 neV（由洛伦兹共振形成），具有$90 \%$置信度。此外，我们概述了目前的设计和未来的战略，最终达到搜索知名的轴子模型在更广泛的质量范围内的灵敏度。
2017-10-12 hep-ex physics.ins-det
Broadband Axion Dark Matter Haloscopes via Electric Sensing
轴子暗物质的质量仅受宇宙学观测的弱约束，需要在质量范围的几个数量级上使用各种检测技术。基于共振腔的轴子星像仪已成为目前寻找暗物质轴子的标准。这种结构固有地是窄带的，并且对于低质量，所需腔的体积变得过大。宽带低质量探测器已经提出使用感应磁力计传感器和间隙环形螺线管磁体。在这项工作中，我们提出了一种替代方案，它使用电传感器在传统的螺线管磁铁在实验室的z轴对齐，在标准的haloscope实验中实施。在存在DC磁场的情况下，逆Primakoff效应导致z方向上的时变永久电真空极化以轴子康普顿频率振荡，这引起振荡电动势。我们提出了非谐振技术来检测这种振荡电动势通过实现电容传感器或电偶极天线耦合到一个低噪声放大器。我们提出的第一个实验结果，并讨论了这一建议的基础和潜力。初步结果约束$g_{aγγ} >\sim2.35\times10^{-12}$ $\text{GeV}^{-1}$在$2.08\times10^{-11}$到$2.2\times10^{-11}$电子伏特的质量范围内，并展示了潜在的敏感性轴子类暗物质的质量范围内的$10^{-12}$到$10^{-8}$电子伏特。
2018-10-26 gr-qc hep-ex hep-ph
A new class of axion haloscope resonators: the polygonal coaxial cavity
INFN, Laboratori Nazionali di Legnaro（意大利国家核物理研究所，莱尼亚罗国家实验室）；Dipartimento di Fisica e Astronomia, Padova（帕多瓦大学物理与天文学系）；INFN, Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所，帕多瓦分部）
本文提出了一种高体积薄壳共振腔，用于高频轴子暗物质探测，通过多边形同轴棱柱结构实现高调谐性和高Q因子，验证了其设计特性。
2024-03-21 hep-ex physics.ins-det
Sequential hypothesis testing for Axion Haloscopes
本研究提出一种适用于轴子晕镜重扫描协议的基于似然的序贯假设检验推断框架，可解析计算统计量、校正别处寻找效应，性能优于传统几何概率方法，已在HAYSTAC型轴子晕镜中验证应用。
2022-10-28 astro-ph.IM hep-ex hep-ph
Sensitivity of Resonant Axion Haloscopes to Quantum Electromagnetodynamics
本文利用坡印廷定理分析共振轴子晕望远镜对新增轴子–磁单极子耦合参数$g_{aAB}$和$g_{aBB}$的探测能力，拓展轴子搜寻并间接检验磁荷物质。
2023-04-24 gr-qc hep-ex hep-ph
Development of an FPGA-based realtime DAQ system for axion haloscope experiments
建立了一个用于CULtASK轴子晕圈观测实验的实时数据采集系统。CULtASK是一个使用谐振腔寻找宇宙轴子的实验，在极高的磁场和超低温下，通过逆普里马科夫效应在几GHz频率范围内探测轴子转换产生的光子。所构建的数据采集系统采用现场可编程门阵列（FPGA）进行数据处理和快速傅立叶变换。这种设计以及专为实时数据传输而设计的自定义以太网数据包可实现100%的DAQ效率，这是与商用频谱分析仪相比的关键特性。该数据采集系统是针对轴子实验中的射频信号检测而优化设计的，具有100 Hz的频率分辨率和500 kHz的分析窗口。DAQ系统在100，000次测量中的平均噪声水平约为-111.7 dBm。从伪数据分析，证实了由于使用该实时DAQ系统重复和平均测量而导致的信噪比的改善。
2021-11-06 hep-ex physics.ins-det
Enhancing resonant circular-section haloscopes for dark matter axion detection: approaches and limitations in volume expansion
本文研究圆柱形晕镜设计，提出通过细长单腔和1D/2D/3D多腔堆叠方法扩展体积以提升暗物质轴子探测能力，实验证明单腔体积可增加三个数量级。
2023-10-25 hep-ex physics.ins-det
Searching For Dark Matter with Plasma Haloscopes
我们总结了轴子纵向等离子体晕镜（ALPHA）联盟，一个新的实验合作，建立一个等离子体晕镜寻找轴子和暗光子的最新进展。等离子体晕圈仪是一种探测光暗物质到光子共振转换的新方法。阿尔法将在近十年的参数空间中对QCD轴子敏感，有可能发现暗物质并解决强CP问题。与传统的腔体天体探测器不同，传统的腔体天体探测器通常在体积上受到暗物质的康普顿波长的限制，等离子体天体探测器使用金属丝超材料来创建可调谐的人工等离子体频率，将光的波长与康普顿波长解耦，并允许更强的信号。我们发展的理论基础等离子体haloscope和讨论最近的实验进展。最后，我们概述了一个基线设计的ALPHA和显示，一个全面的实验可以发现QCD轴子在近十年的参数空间。
2023-03-22 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Searching for high-frequency axion in quantum electromagnetodynamics through interface haloscopes
本研究基于量子电动力学（QEMD）框架构建了通用的 axion-photon 拉格朗日量，并针对不同界面 haloscope 设置，全面计算了 axion 诱导的传播波与能流密度，获得了大质量 axion 对新 axion-photon 耦合的探测灵敏度。
2024-01-09 hep-ex hep-ph
Tunable Super-Mode Dielectric Resonators for Axion Haloscopes
我们提出了介电谐振器的频率调谐机制，它经历了“超模”的相互作用，因为他们调整。可调谐方案是基于介电材料的战略放置在传统的圆柱形谐振腔，必须在横向磁模式下工作，用于轴子haloscope。第一种技术是基于多个半径小于腔的介质盘。第二种方案依赖于类似于布拉格谐振器的中空介电圆柱体，但具有不同的位置和尺寸。特别是，我们设计了一个显着增加形状因子的TM 030模式利用一个分布式布拉格反射器谐振器的变化。此外，我们展示了传统的分布式布拉格反射器在TM模式中的应用，其可以应用于晕圈镜。这是布拉格谐振器应用于TM模式的第一次演示，也是超模式调谐布拉格谐振器或晕圈谐振器的第一次应用。理论和实验结果表明，由于超模效应的Q因子和可调谐性的增加。TM030环形谐振器模式提供了1和2个数量级之间的改善轴子灵敏度比目前的传统腔系统，并将在即将到来的ORGAN实验。
2018-02-06 hep-ex physics.ins-det
Operation of a ferromagnetic axion haloscope at $m_a=58\,μ$eV
轴子，最初被提出来解决量子色动力学的强CP问题，现在成为WISP暗物质的主要候选者。与轻而稳定的QCD轴子相关的丰富现象学可以被描述为一个可以实验研究的有效磁场。对于QUAX实验，暗物质轴子是通过它们与磁化样品中的电子自旋的共振相互作用来搜索的。原则上，通过将样品嵌入静态磁场中的射频腔中，可以检测到轴子引起的磁化强度变化。在这项工作中，我们描述了一个原型铁磁晕圈仪的操作，与热波动和接收器噪声的灵敏度限制。通过对暗物质的初步研究，我们可以确定DFSZ轴子与电子$g_{aee}<4.9\times10^{-10}$的耦合常数的上限为95\%C. L。对于质量为$58\,μ$ eV（即，e. 14GHz）。这是利用宇宙学轴子和电子之间的耦合的装置的第一个实验结果。
2018-08-31 hep-ex physics.ins-det
Design of new resonant haloscopes in the search for the darkmatter axion: a review of the first steps in the RADES collaboration
随着人们对通过Haloscopes进行暗物质轴子探测的兴趣日益浓厚，目前不同的国际组织都参与其中，RADES小组成立于2016年，目标是开发在偶极磁体中运行的非常灵敏的探测系统。本文综述了该合作项目在前五年中开展的工作，从第一次设计开始，基于多腔概念，旨在增加晕圈体积，从而提高其灵敏度，其演变，数据采集设计，最后，第一次实验运行。此外，设想的工作范围内的RADES，偶极和螺线管磁铁，在短期和中期内也提出。
2022-01-22 hep-ex physics.ins-det
Axion Haloscope Array With $\mathcal{PT}$ Symmetry
我们将最近提出的$\mathcal{P T}$对称轴子晕镜推广到具有更多$\mathcal{P T}$对称结构的更大阵列。通过加宽信号的响应带宽而不增加读出噪声，轴子晕圈仪的优化扫描速率以及信号功率显著增强。此外，我们表明，对阵列耦合的变化的检测器的鲁棒性是最强的二叉树结构时，其中包含大大增强的$\mathcal{P T}$对称性。由于信号的相关性，多个允许的探测传感器可以通过传感器数量的因子进一步增加扫描速率。与单模共振探测相比，这种类型的阵列可以大大提高对轴子的搜索。扫描速率的增强成为最明显的应用时，建议的检测使用超导射频腔与交流磁场，其中大部分的参数空间的QCD轴子以上kHz可以探测。
2022-04-02 hep-ex hep-ph quant-ph
Methods and restrictions to increase the volume of resonant rectangular-section haloscopes for detecting dark matter axions
本研究探讨了矩形截面haloscope的设计技术，通过单腔和多腔的长高结构及1D/2D/3D几何优化，显著增大了探测器体积，实验验证了其在暗物质axion搜索中的可行性与巨大改进潜力。
2023-02-24 hep-ex physics.ins-det
Scalable haloscopes for axion dark matter detection in the 30$μ$eV range with RADES
RADES（遗迹轴子探测器探索装置）是一个项目，其目标是在磁偶极子场中使用定制的微波滤波器直接搜索$30 μ$ eV尺度以上的轴子暗物质。目前，RADES正在CAST实验的LHC偶极子上获取数据。从长远来看，RADES腔被设想为在（婴儿）IXO磁体中获取数据。在这篇文章中，我们报告了一个优化的微波滤波器设计的建模，建设和表征交替虹膜，利用最大耦合轴子，同时可扩展的长度，而不会遭受模式混合。我们开发的数学形式主义和理论研究，证明所选择的设计的性能。我们还指出这种形式主义的适用性，以优化MADMAX介电haloscope。
2020-06-22 hep-ex hep-ph
Broadband solenoidal haloscope for terahertz axion detection
介绍了宽带反射实验的概念设计和科学计划。这个晕镜计划在[10 $^{-3}$，1] eV（[0.24，240] THz）质量范围内寻找玻色子暗物质。BREAD提出了一种圆柱形金属桶，将暗物质转化为光子，一种新颖的抛物面反射器设计将光子聚焦到光电传感器上。这种独特的几何形状使其能够封装在标准低温恒温器和高场恒温器中，克服了当前碟形天线的局限性。一个试点0.7米$^{2}$桶实验计划在费米实验室预计将超过现有的暗光子耦合约束超过十年，一天的运行时间。Axion灵敏度要求$<10^{-20}$ W/ $\sqrt{\textrm{Hz}}$传感器噪声等效功率，带有10 T螺线管和10 m $^{2}$枪管。我们计划BREAD各种传感器技术的灵敏度，并讨论未来的前景。
2022-03-24 astro-ph.IM hep-ex hep-ph
Rydberg-atom-based single-photon detection for haloscope axion searches
Yale University（耶鲁大学）；The Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
提出一种基于里德伯原子的单光子探测器，用于暗物质射电镜实验在40 μeV至200 μeV（10 GHz至50 GHz）频率范围内的信号读出，可避免量子测量噪声，扫描速率提升达10^4倍，并兼容多种射电镜腔体。
2023-11-10 hep-ex physics.atom-ph physics.ins-det
Speeding axion haloscope experiments using heterodyne-variance-based detection with a power-meter
本研究提出一种基于外差方差的轴子检测新方法，通过向微波腔注入强信号，利用功率探测器测量干涉方差来搜索轴子，可在高暗计数率下仍保持接近量子噪声极限的灵敏度，并通过演示电路验证了概念可行性。
2022-09-15 hep-ex physics.ins-det
Search for invisible axion dark matter with a multiple-cell haloscope
我们提出的第一个结果的搜索不可见的轴子暗物质使用多细胞腔晕镜。与传统的多腔设计相比，提出这种腔的概念是为了提供一种高效的方法来处理高质量区域，具有更大的检测体积、更简单的检测器设置和独特的相位匹配机制。用双胞腔取代以前的报道轴子-光子耦合的质量范围在13.0和13.9 $\,μ$ eV之间。这一结果不仅证明了腔概念在大质量轴子搜索中的新颖性，而且表明它可以为下一代实验做出相当大的贡献。
2020-10-28 hep-ex
Searching for Dark Photons with Existing Haloscope Data
暗光子（或隐藏光子）是一种大质量的U（1）规范玻色子，理论上它是暗力的媒介，也是暗物质的候选者。暗光子可以通过探测暗光子与标准模型光子的动力学混合所引起的功率过剩来用轴子腔Haloscope检测。因此，通过计算相应的暗光子与光子耦合因子，可以将Haloscope轴子排除极限转换为竞争性暗光子参数极限。这种计算允许相对于其他暗光子排除的灵敏度提高大约四个数量级，并且可以使用现有数据来实现。我们提出了如何转换haloscope轴子搜索限制和相关的实验参数的摘要从已发表的搜索。此外，我们已经包括了代码，可以用来生成我们的暗光子排除限制的情况下，本文中描述的。最后，我们提出了限制暗光子和标准模型光子之间的动力学混合系数的基础上现有的haloscope轴子搜索。
2021-11-30 hep-ex hep-ph
Analytical considerations for optimal axion haloscope design
腔晕镜提供了一种高灵敏度的方法来寻找暗物质轴子在微波制度。提高灵敏度的实验尝试集中在改善主要方面，例如产生强磁场、增加腔品质因数和实现最低可能的噪声温度。然而，在实际的实验设计中，还需要仔细考虑次要的细节。它们与检测体积上的非均匀磁场、衰减和温度梯度下的噪声传播以及腔系统中的热不平衡相关联。我们对这些主题采取分析方法，并提供最佳治疗方法以提高性能。
2022-05-31 hep-ex
Cavity, lumped-circuit, and spin-based detection of axion dark matter: differences and similarities
Bilkent University（比尔肯特大学）；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）；GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH（德国重离子研究中心有限公司）；Department of Physics, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校物理系）；School of Physics and State Key Laboratory of Nuclear Physics and Technology, Peking University（北京大学物理学院及核物理与核技术国家重点实验室）；Department of Physics and Astronomy, University of Mississippi（密西西比大学物理与天文学系）；University of Washington（华盛顿大学）；Department of Physics, California State University - East Bay（加州州立大学东湾分校物理系）
本文比较了谐振腔、集中电路和基于自旋的探测器在轴子探测中的差异与相似性，分析了信号生成、噪声特性及扫描策略。
2026-02-06 hep-ex hep-ph
Simulating MADMAX in 3D: Requirements for Dielectric Axion Haloscopes
我们目前的三维计算介电haloscopes，如目前设想的MADMAX实验。对于理想的系统，具有完美的平坦，平行和各向同性的介质盘的有限直径，我们发现，几何形状因子降低了发射功率高达$30\,\%$相比，早期的一维计算。我们推导出的发射波束形状，这是重要的天线设计。我们发现，现实的暗物质轴子速度的$10^{-3} c$和外部磁场的不均匀性在$10\,\%$的规模上的MADMAX的灵敏度的影响可以忽略不计。我们调查的设计要求，发射功率的变化小于$20\,\%$的基准升压因子与$50\,{\rm MHz}$的带宽在$22\,{\rm GHz}$，对应于一个轴子质量$90\,μ{\rm eV}$。我们发现，最大允许的磁盘倾斜度是$100\,μ{\rm m}$除以磁盘直径，所需的磁盘平面度是$20\,μ{\rm m}$（最小到最大）或更好，和最大允许的表面粗糙度是$100\,μ{\rm m}$（最小到最大）。我们展示了如何使用瓷砖介质盘胶合在一起，从多个较小的补丁可以影响波束形状和天线耦合。
2021-10-13 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Building instructions for a ferromagnetic axion haloscope
铁磁晕圈仪是一种射频自旋磁力仪，用于搜索以轴子形式存在的暗物质。一种磁性材料被监测，以寻找由暗物质轴子引起的异常磁化振荡。为了正确设计这种仪器，首先需要了解所搜索信号的特征，即暗物质轴子$B_a$作用于电子自旋的有效射频场。一旦定义了$B_a$的属性，就可以开始装置的设计和测试。最佳的样品是窄线宽和高自旋密度的材料，如钇铁石榴石（YIG），耦合到一个微波腔几乎匹配的线宽收集信号。谐振器中的功率由天线收集，并由约瑟夫森参量放大器放大，约瑟夫森参量放大器是一种量子限制器件，但会增加大部分设置噪声。该信号通过低噪声HEMT进一步放大，并通过外差接收器进行下变频存储。这项工作描述了如何建立这样的装置，所有的实验细节，可能面临的主要问题，以及一些解决方案。
2022-01-11 cond-mat.supr-con hep-ex hep-ph
Post-inflationary axions: a minimal target for axion haloscopes
暴胀后情景中具有畴壁数 $N>1$ 的类轴子粒子在残存对称性微破缺下可作暗物质，数值模拟与解析结合表明其衰变常数受小尺度等曲率涨落强约束，可能具有较大光子耦合。
2022-12-26 hep-ex hep-ph
A Beehive Haloscope for High-mass Axion Dark Matter
提出由交叠同轴腔构成的蜂巢式 haloscope，通过强耦合同步在高频下实现大体积谐振器，并以169单元仿真验证其高形状因子与可调谐性。
2024-04-09 hep-ex physics.ins-det
A first proof of principle booster setup for the MADMAX dielectric haloscope
轴子和类轴子粒子是理想的低质量暗物质候选者。MADMAX实验的目的是利用强磁场下不同介电常数的材料之间的边界产生的电磁波的轴子诱导发射，直接探测质量在$40\,μ{\rm eV}$和$400\,μ{\rm eV}$之间的银河系轴子。结合许多这样的表面，可以使用相长干涉和共振来显著增强（提升）这种发射。我们提出了这样的助推器系统的原理实现的第一个证明，包括一个铜镜和多达五个蓝宝石磁盘。通过反射率测量研究了系统的电磁响应。的机械精度，校准过程中不必要的反射和重复性的基本调谐算法放置的磁盘进行了研究。我们发现，对于所提出的情况下，电磁响应的群延迟预测的一维计算是充分实现在我们的设置。调谐的可重复性处于百分比水平，并且对这种助推器的灵敏度影响很小。
2020-05-11 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Experimental measurement of the quality factor of a Fabry-Pérot open-cavity axion haloscope
针对强相互作用CP问题与暗物质候选者轴子的探测需求，研究团队对多层法布里-珀罗干涉仪型DALI轴子探测器原型开展原理验证实验，测得开放腔品质因数与带宽参数，为相关质量范围的轴子搜索提供物理潜力支撑。
2023-10-24 astro-ph.IM 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
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。
2023-04-07 hep-ex hep-ph
