Snowmass White Paper: Strong CP Beyond Axion Direct Detection
我们概述了最近的进展和有前途的未来研究方向与强CP问题。调查的主题包括轴子暗物质子结构和它的引力探测;轴子模型的建立和质量问题;紫外线解决方案的实验测试;和格点量子色动力学的连接。
2022-03-14 hep-ex hep-lat hep-ph
Production and detection of an axion dark matter echo
角频率等于轴子质量一半的电磁辐射会刺激冷暗物质轴子的衰变，并产生回波，即反向传播的微弱电磁辐射。我们建议通过向太空发射一束强大的微波辐射并倾听其回波来寻找轴子暗物质。我们估计这种技术在银河系晕的等温环和焦散环模型的灵敏度，并发现它是一个很有前途的方法来轴子，或轴子样，暗物质检测。
2019-09-30 astro-ph.GA hep-ex hep-ph
Axion production and detection with superconducting RF cavities
我们提出了一种新的设计，实验室搜索轴子的基础上光子再生超导RF腔。我们的特定设置使用环形线圈作为受限静态磁场的区域，而生产和检测腔位于外部场消失的区域中。这允许在$Q \sim 10^{10} - 10^{12}$的品质因数下的腔操作。由于基本问题，如信号屏蔽和反反应的限制进行了讨论，并计算出最佳的灵敏度。这种实验设计可以潜在地探测超出天体物理极限的轴子-光子耦合，与下一代光学实验相当并互补。
2019-04-15 hep-ex hep-ph
Heterodyne Broadband Detection of Axion Dark Matter
我们提出了一种新的宽带搜索策略，超轻轴子暗物质与电磁相互作用。振荡轴子场诱导超导腔的两个准简并共振模之间的跃迁。在针对高质量和低质量优化的两个宽带运行中，该设置可以探测未探索的参数空间，用于覆盖质量为15个数量级的轴子状粒子，包括天体物理学上的长程模糊暗物质。
2020-07-30 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Light Dark Matter Axion Detection with Static Electric Field
我们探讨了窄带探测方案的轴子暗物质的搜索灵敏度，旨在通过一个圆柱形电容器内的静态电场的轴子光子转换。当轴子暗物质垂直流过电场时，有效电流会感应出交变磁场信号。在低轴子质量下，如在KKLT方案中，通过使用具有高$Q$因子的LC谐振来提供前端窄带滤波，这增强了微小磁场信号的可检测性，并且还导致热噪声作为可以在低温条件下降低的主要背景。我们证明，高$g_{aγ}$灵敏度可以通过使用强电场来实现。在高的$E\sim$ GVm $^{-1}$场强下，可以达到QCD轴子理论参数空间.使用静态电场方案基本上避免了将灵敏的超导拾取器暴露于所施加的实验室磁场。
2022-05-12 hep-ex hep-ph
Alternatives to Axion Production and Detection
我们考虑相对论性重离子碰撞中夸克-胶子等离子体离子体形成过程中的轴子产生，并讨论了一种可能的探测方案。
1998-05-29 hep-ph
Axion detection through resonant photon-photon collisions
我们调查的前景，一个替代的实验室为基础的搜索耦合的轴子和类轴子粒子的光子。在这里，两束激光的碰撞共振地产生轴子，并且在磁再转换之后检测到信号光子，就像在光穿透墙壁（LSW）实验中一样。传统的搜索，如LSW或异常双折射测量，是最敏感的轴子质量，可以实现实质性的相干性，这通常是远远低于光能。我们发现，使用目前可用的高功率激光设备，可以通过我们的方法实现的界限优于传统的LSW在$0.5-6$ eV之间的轴子质量，设置的光学激光频率和碰撞角。这些界限可以进一步改善，通过相干散射激光子结构，探测轴子光子耦合下降到$g_{aγγ}\sim 10^{-8} {\text{GeV}^{-1}}$，与现有的CAST界限。假设每角步测量一天，可以达到QCD轴子带。
2020-04-07 hep-ex hep-ph
Generation and detection of axions using guided structures
我们提出了一种新的实验技术，在实验室中产生和检测轴子具有良好的实验灵敏度在广泛的轴子质量范围。该方案依赖于使用基于激光的四波混频，这是由假设的轴子场介导的。被限制在波导中的强泵浦和斯托克斯激光束（即，例如光纤）与适当选择的频率共振地驱动轴子产生。在这样的几何形状下，我们预测存在的导向轴子波，我们称之为“axitons”。这些是轴子Klein-Gordon场方程的解，其由驱动泵浦和斯托克斯激光束的轮廓在空间上引导。然后，这些被引导的轴突可以耦合到附近的光纤并与另一个激光混合，从而影响探测激光束的传播。该方案的一个主要优点是，可以通过改变泵浦和斯托克斯激光束的频率来扫描假想轴子的质量范围。我们预测，使用合理的参数，该技术将能够检测在质量范围内的轴子$10^{-6} $ eV $< m<$ $10^{-2} $ eV，灵敏度在$10^{-12}$ GeV $^{-1}$的水平的轴子光子耦合常数。
2022-05-24 hep-ex hep-ph
From Axion Detection to Dark Matter Astronomy
Seoul National University（首尔大学）；University of California Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）
该研究提出用haloscope网络结合干涉相位等技术，测量轴子子结构参数以检验轴子产生场景，扩展探测范围至微团等天体，推动轴子探测向暗物质天文学发展。
2026-10-16 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
New Atomic probes for Dark Matter detection: Axions, Axion-like particles and Topological Defects
本文简要介绍了最近提出的轴子、类轴子赝标粒子和拓扑缺陷暗物质的探测方案。我们主要集中在使用原子和分子系统的暗物质检测的可能性。对于轴子和类轴子粒子，这些方法是正在进行的光子-轴子相互转换实验和天体物理观测的补充探测。对于拓扑缺陷，这些方法是补充传统的天体物理搜索计划的基础上的引力签名。
2014-09-10 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Emerging axion detection in artificial magnetoelectric materials
Beijing Normal University（北京师范大学）；Ministry of Education, Beijing Normal University（教育部北京师范大学）；Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；Vienna University of Technology（维也纳工业大学）；Institute of Solid State Physics, Vienna University of Technology（维也纳工业大学固体物理研究所）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）
本文提出利用对称性破缺磁电材料（如应变梯度Sr2IrO4薄膜）中的线性轴子耦合来放大轴子诱导的微弱电磁信号，从而增强轴子-电子和轴子-光子耦合的探测灵敏度，为暗物质轴子探测提供新平台。
2025-10-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Electromagnetic detection of axions
利用费曼图技术，对静态电磁场中的光子-轴子转换进行了详细的讨论。给出了在平板电容器的电场和螺线管的磁场作用下的微分截面。根据我们的研究结果的实验室实验的生产和检测的轴子描述。这个实验将利用轴子衰变常数以及轴子质量。
1995-07-24 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
R-axion detection at LHC
近似R对称性自发破缺的超对称模型包含一个自旋为0的轻粒子，即R-轴子。粒子的性质可以成为探索新物理学结构的有力工具。在本文中，我们讨论了在LHC实验中探测R-轴子的可能性。在LHC环境中观察这种轻粒子是一个挑战。然而，对于R-轴子的质量是几百兆电子伏的典型值，我们表明，这些粒子可以通过搜索从R-轴子衰变位移顶点检测。
2009-07-02 hep-ph
Axion Dark Matter Detection using an LC Circuit
它表明，暗物质轴子引起振荡电流沿磁场线流动。在强磁场$\vec{B}_0$中感应的振荡电流产生小磁场$\vec{B}_a$。我们建议使用一个冷却的LC电路和一个非常敏感的磁强计来放大和检测$\vec{B}_a$。这似乎是一个合适的方法来寻找$10^{-7}$到$10^{-9}$ eV质量范围内的轴子暗物质。
2014-01-27 astro-ph.GA hep-ex hep-ph
Prospects for axion detection in natural SUSY with mixed axion-higgsino dark matter: back to invisible?
在自然界是自然界的假设下，我们扩展了标准模型，使之包含了超对称性来稳定电弱扇区，包含了PQ对称性来稳定QCD扇区。自然超对称性产生于超对称性μ问题的Kim-Nilles解，它允许一个小的层次，其中μ ~ f_a^2/M_P ~ 100-300 GeV，而超对称性粒子质量尺度m（SUSY）~ 1-10 TeV >> μ。这样，暗物质就由两种粒子组成：一种是类希格西诺的弱相互作用粒子，另一种是超对称的DFSZ轴子。允许的轴子质量值m（轴子）的范围取决于混合轴子higgsino遗迹密度。在这种情况下，m（轴子）的范围实际上受到直接和间接检测实验中WIMP的限制。我们在微波腔实验中绘制了预期的轴子检测率。轴子-光子-光子耦合被带电希格西诺对反常耦合的贡献严重削弱。在这种情况下，轴子可能会撤退，至少暂时，回到近不可见的状态。从我们的研究结果，我们敦促新的想法的技术，探测更深入和更广泛的轴子耦合与轴子质量参数空间。
2017-05-02 astro-ph.CO hep-ph
Interference-assisted resonant detection of axions
量子色动力学轴子和其他轴子类粒子在光穿透墙（LSW）实验中的检测方案是基于这些粒子在磁场中转化为光子。另一种方案可能涉及通过共振轴子吸收引起的共振原子或分子跃迁进行检测。在这个过程中得到的信号是二阶的轴子-电子相互作用常数，但可能成为一阶，如果我们允许的轴子引起的过渡振幅和产生轴子的电磁辐射引起的过渡振幅之间的干扰。
2018-04-07 astro-ph.CO hep-ph physics.atom-ph
SQUID-based Resonant Detection of Axion Dark Matter
提出了一种寻找暗物质轴子的新方法。结果表明，在强非均匀磁场中，双接触SQUID可以探测到由轴子引起的振荡磁微扰。谐振信号是SQUID电流-电压特性中的阶跃响应，其电压对应于轴子质量，其高度取决于地球附近的轴子能量密度。所提出的实验技术似乎是敏感的轴子质量$m_a\lesssim 10^{-4}$ eV，这是很好的动机，目前的研究在宇宙学和粒子物理。
2014-10-24 hep-ph
Resonant detection of axion mediated forces with Nuclear Magnetic Resonance
我们描述了一种基于精密磁力测量的方法，该方法可以将对轴子介导的自旋相关力的搜索扩展几个数量级。通过结合核磁共振和短距离重力测试中使用的技术，我们的方法可以大大提高目前的天体物理学实验限制，并深入探讨理论上有趣的制度Peccei-Quinn（PQ）轴子。我们的方法对10^9到10^12 GeV之间的PQ轴子衰变常数或10^-6到10^-3 eV之间的轴子质量敏感，与宇宙轴子丰度无关。
2014-03-05 hep-ph
Axion Detection with Optomechanical Cavities
我们提出了一种新的技术来寻找轴子与光机械腔填充的材料，如超流氦。轴子吸收将泵浦激光光子转换为光子加声子。轴子吸收率的增强，在腔中的相干光子或声子的高占用数，使我们的建议，在很大程度上克服了极小的轴子耦合。探测的轴子质量由最终态和斯托克斯模式中产生的光子的相对频率设定。由于轴子质量和动量都不需要与腔的物理尺寸相匹配，因此我们可以扩大腔的尺寸，同时保持对广泛的轴子质量（高达meV）的访问，以补充其他腔提案。
2023-01-07 hep-ph
Axion detection by ring lasers
提出了一种类似于坎特伯雷环形激光器的环形激光实验，用于探测轴子和{ \sc qed}诱导的真空双折射。它使用一个缓慢调制的磁场和一个新颖的极化几何。轴子耦合和真空双折射都会调制Sagnac拍频。一个零的结果可能会对轴子质量和双光子耦合产生敏感的限制。
1995-02-08 hep-ph hep-th
Axion wind detection with the homogeneous precession domain of superfluid helium-3
轴子和类轴子粒子可以像一个弱振荡的有效磁场（“轴子风”）一样与核自旋耦合。“现有的探测暗物质来源的轴子风的建议利用了与核磁共振（NMR）的类比，旨在探测轴子风共振地使极化材料样品中的旋进自旋倾斜时产生的小横向场。我们描述了一个新的建议，使用超流氦-3的均匀进动域（HPD）作为检测介质，其中轴子风的影响是一个小的位移的大振幅NMR信号的进动频率。我们认为，这种设置可以同时提供多个轴子质量的宽带检测，并具有竞争力的灵敏度，其他轴子风实验，如CASPEr风在质量低于$10^{-7}$ eV的读出阶段，利用精确的频率计量。
2022-09-25 cond-mat.supr-con hep-ph
The Sun as a target for axion dark matter detection
提出探测暗物质轴子在太阳磁场中转换产生的射电辐射策略，证明近未来低频射电望远镜可触及质量 $m_a\lesssim 10^{-6}$ eV 的未探索参数空间。
2024-06-05 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
The Canfranc Axion Detection Experiment (CADEx): Search for axions at 90 GHz with Kinetic Inductance Detectors
我们提出了一个新的实验，Canfranc轴子探测实验（CADEx），探测暗物质轴子的质量范围为330-460 $μ$ eV，在W波段（80-110 GHz），一个未探索的参数空间中的动机良好的暗物质窗口的量子色动学（QCD）轴子。实验设计包括一个微波谐振腔haloscope在一个高静态磁场耦合到一个高灵敏度的检测系统的基础上动态电感检测器通过优化的准光学（喇叭和镜子）。该实验正在筹备中，将安装在Canfranc地下实验室的稀释冰箱中。用CADEx探测轴子的灵敏度预测，连同潜在的实验寻找暗光子，提出。
2022-06-07 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Josephson junction-based axion detection through resonant activation
讨论了约瑟夫森结上由于约瑟夫森系统与轴子耦合而产生的共振激活现象。我们展示了如何利用这种效应进行轴子检测。从超导态到电阻态的平均转换时间与轴子能量和约瑟夫森等离子体能量之比的非单调行为，具有最小值，我们演示了如何在转换时间的变化，使它有可能检测到的轴子场的存在。提出了一种通过与约瑟夫森系统耦合观测轴子的实验方案。
2022-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con hep-ph
Axion detection via superfluid $^3$He ferromagnetic phase and quantum measurement techniques
本研究提出利用超流体$^3$He铁磁A1相的核自旋激发探测QCD轴子暗物质，结合量子测量技术提升灵敏度，可覆盖$O(1)μeV$质量范围，并估算了实验所需参数。
2024-11-01 cond-mat.supr-con hep-ex hep-ph
Axion search with quantum nondemolition detection of magnons
轴子为强CP问题提供了解决方案，并且是暗物质的主要候选者之一。提出了一种基于磁振子量子非破坏探测的轴子探测方案，量子集体自旋激发在固体中，这是预计将激发由Dine-Fischer-Srednicki-Zhitnitsky（DFSZ）模型预测的轴子-电子相互作用。原型探测器由作为电子自旋靶的亚铁磁球和超导量子比特组成。这两者都嵌入在微波腔中，这导致亚铁磁晶体中的均匀静磁模式与量子比特之间的相干有效相互作用。轴子和电子之间的耦合常数的上限被获得为$g_{aee}<2.6\times10^{-6}$，在95%置信水平下，轴子质量为$33.117$ $μ$ eV $<m_{a}<33.130$ $μ$ eV。
2022-05-23 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Light-shining-through-wall axion detection experiments with a stimulating laser
两个实光子的碰撞可以导致轴子的发射。为了克服轴子质量$m_a\geq 1 \text{eV}$对大信号的抑制，我们研究了一种改进的光穿墙（LSW）轴子搜索方法。我们建议利用第三束来刺激轴子重新转换成可测量的信号。因此，我们发现，与目前可用的高功率激光设备，我们预计在轴子质量之间的界限$0.5-6\text{eV}$达到$g_{aγγ}\geq 10^{-7}\text{GeV}^{-1}$。结合使用光学激光器与目前运行的X射线自由电子激光器，我们扩展的质量范围$10-100\text{eV}$。
2022-03-08 hep-ph
The Search for the Cosmological Axion -- A New Refined Narrow Mass Window and Detection Scheme
Jazan University（贾赞大学）
本文提出了一种更精细的轴子探测方案，基于更窄的质量窗口和共振谐振腔探测技术，以寻找可能存在的轴子/ALP场质量。
2024-10-01 hep-ex hep-ph
Axion Detection via Atomic Excitations
讨论了Sikivie提出的通过观察轴子诱导的原子激发来探测轴子的可能性。原子在低温下冷却，并被选择为三个能级。第一个是基态，第二个是完全空的选择，使两者之间的能量差接近轴子质量。在自旋诱导的轴子-电子相互作用下，电子从第一能级被激发到第二能级。通过将适当选择的光子能量进一步辐射到适当选择的第三能级来激发该电子，可以确认存在这样的电子，该第三能级也是空的，并且处于更高的激发能。从观察到它随后的去激发，我们可以推断出轴子的存在。该系统处于磁场中，以便可以适当地调节所涉及的能量。由于轴子被原子吸收，所以截面呈现共振行为。利用由Borexino实验得到的极限所指示的轴子-电子耦合，对于各种原子靶已经得到了合理的轴子吸收率。
2022-12-07 hep-ph
Detection of a Hypercharge Axion in ATLAS
这篇理学硕士论文处理超荷轴子，这是一个假设的赝标量粒子与电弱相互作用。首先，讨论了本研究的理论背景和动机。简而言之，超荷轴子的引入解释了宇宙中物质对反物质的优势以及大尺度磁场的存在。其次，分析了现象学性质，并强调了区别标志。它们基本上是光子和具有高横动量和与轴子相等的不变质量的$Z^0$的产物。第三，用产生轴子的两个光子进行模拟，轴子衰变成$Z^0$和/或光子。事件模拟是在CERN的ATLAS（一个环形大型强子对撞机装置）的模拟器ATLFAST上运行的。最后，分析了轴子衰变的特点，提出了探测的判据。还包括背景研究。结果是，对于某些值的轴子质量和质量尺度（都在TeV的顺序），超荷轴子可以在ATLAS检测。
2001-05-28 hep-ph
Coherently Enhanced Axion-Photon Conversion via Seeded Photons for Short-Pulse Axion Detection
Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University（上海交大李政道研究所）；School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院）；Collaborative Innovation Center of IFSA, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学国际前沿科学协同创新中心）
通过受控光子增强轴子-光子转换，提升短脉冲轴子探测实验的灵敏度与光子产量。
2025-10-27 hep-ph physics.plasm-ph
Inverse Primakoff Scattering as a Probe of Solar Axions at Liquid Xenon Direct Detection Experiments
我们表明，XENON 1 T和未来的液体氙（LCED）直接检测实验是敏感的轴子通过标准的$g_{aγ}aF\tilde{F}$运营商由于逆Primakoff散射。这个以前被忽略的通道显著地提高了对轴子-光子耦合的灵敏度，对于质量高达keV的轴子，其范围延伸到$g_{aγ} \sim 10^{-10}$ GeV $^{-1}$，从而延伸到更重的QCD轴子模型的区域。这一结果修改了解释XENON 1 T过剩所需的耦合太阳轴子，打开了一个大区域的$g_{aγ}$ - $m_a$参数空间，这是不排除的CAST日光镜实验和减少与天体物理约束的紧张局势。我们探讨了太阳轴子的灵敏度，未来几代的LREX探测器，可以超过未来的日光镜实验，如IAXO，参数空间的一个大区域。
2021-03-01 hep-ph
Calculated event rates for Axion Detection via Atomic and Nuclear Processes
研究了通过观测轴子诱发的核跃迁和原子跃迁来探测5.5 MeV和14.4 keV太阳轴子的可能性。自旋轨道伙伴之间的核跃迁的存在可以通过随后的伽马射线发射的去激发来证明。跃迁率也可以在原子核辐射轴子吸收的背景下进行研究。在现有的轴子模型预测的轴子-夸克耦合的背景下获得的基本相互作用。然后利用现有的合理模型将这些耦合转换到核子水平，从而得到有效的跃迁算符。使用这些算子，我们计算所需的核矩阵元素采用核壳模型的背景下获得的波函数。利用这些成分，我们讨论了实验观测轴子诱发核γ射线的可能性。在第二部分中，我们将研究轴子诱导的X射线产生（轴子光子转换）或从深束缚电子轨道电离。在这种情况下，轴子电子耦合是由现有的轴子模型预测，不需要重整化。实验信号是观察到直接产生的电子和/或硬X射线和俄歇电子的发射，随后是最终原子的去激发。对用多吨级碘化钠探测器探测太阳轴子的实验可行性进行了讨论。
2021-12-10 hep-ph
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
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
Axion Production and Detection Using a Dual NMR-type Experiment
University of Florida（佛罗里达大学）；University of Notre Dame（圣母大学）
本研究提出利用双核磁共振型实验产生并探测轴子，其关键特性可提升灵敏度，厘米级装置的实验灵敏度可超越天体物理边界，能探测宽范围轴子质量。
2026-08-10 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Double Resonance Strategy for Interferometric Detection of Axions
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）；Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；SJTU and USTC（上海交通大学和中国科学技术大学）
该研究提出一种结合微波共振与光学增强的双共振干涉策略，用于探测轴子暗物质，通过电光效应实现相位积累并利用光学技术进行干涉测量。
2025-12-22 hep-ph
Nuclear Spin Metrology with Nitrogen Vacancy Center in Diamond for Axion Dark Matter Detection
提出利用金刚石氮空位中心的核自旋进行量子传感以直接探测轴子暗物质，该方法凭借核自旋的长相干时间对$\lesssim 100\,\mathrm{Hz}$宽频范围敏感，并给出了轴子-中子与轴子-质子耦合的探测极限。
2025-04-29 cond-mat.mes-hall hep-ex hep-ph
Advancing axion detection: Photon regeneration in high-sensitivity Penning trap experiments
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）；Shenzhen Campus of Sun Yat-sen University（中山大学深圳校区）
研究将光子再生技术与高灵敏度潘宁阱技术结合用于轴子探测，利用潘宁阱优势，通过微波腔共振增强光子再生提高对轴子-光子耦合的灵敏度，给出初步计算的高灵敏度结果。
2026-07-07 hep-ph
Axion Detection in the Micromaser
我们报告了一个高效的单微波光子探测方案，并应用于探测某些奇异粒子，如轴子。该方案利用称为微激射器的实验和捕获态的现象来放大信号，并在场电离检测器中产生检测器计数的级联。级联提供了一个时间分辨的信号，标记单个光子的存在。对于实验可实现的参数，检测效率超过90%。
2006-03-22 hep-ph physics.ins-det
Broadband Dark Matter Axion Detection using a Cylindrical Capacitor
针对暗物质轴子质量不确定性大的问题，提出利用圆柱形电容器将轴子转化为振荡磁场的探测方案，结合超导环-线圈系统提升灵敏度，可实现宽质量范围的轴子搜寻。
2024-06-20 astro-ph.IM hep-ex hep-ph
Broadband and Resonant Approaches to Axion Dark Matter Detection
当超轻的轴子暗物质遇到静磁场时，它会产生一个有效的电流，该电流沿着磁场线并以轴子康普顿频率振荡。我们提出了一个新的实验来检测这种轴子有效电流。在存在轴子暗物质的情况下，一个大的环形磁铁将像一个振荡的电流环，其感应的磁通量可以通过一个电感耦合到SQUID磁强计的外部拾取回路来测量。我们认为谐振和宽带读出电路，并表明，宽带的方法具有优势，在小轴子群众。考虑到不可约的噪声源，我们估计了这种设计的范围，并证明了对质量在10^{-14}-10 ^{-6} eV范围内的类轴子暗物质的潜在敏感性。特别是，宽带和共振策略都可以探测具有大统一体尺度衰减常数的QCD轴子。
2016-09-27 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Impacts of axion cooling on the direct detection of supernova axions
Keio University（庆应义塾大学）；National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台）；National Institute of Technology (KOSEN), Numazu College（国立高等专门学校名古屋工业技术大学）
针对超新星轴子探测事件数仅经后处理框架估算的不足，本研究开展耦合轴子发射的9.6倍太阳质量恒星超新星模拟，发现轴子冷却的非线性反馈会降低轴子探测事件数，为轴子可探测性预测提供了关键依据。
2025-11-18 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
New Observables for Direct Detection of Axion Dark Matter
我们提出了新的信号，用于直接探测超轻暗物质，如轴子。轴子或类轴子粒子（ALP）暗物质可以被认为是一个背景，经典领域。我们认为耦合这个领域引起的可观察到的影响，包括核电偶极矩，轴向核子和电子的时刻。这些力矩以实验室中可获得的频率（~ kHz至GHz）快速振荡，由暗物质质量给出。因此，与WIMP探测相反，我们不是寻找单个暗物质粒子的硬散射，而是寻找整个经典暗物质场的相干效应。我们计算当前的界限，这样的时间变化的时刻，并考虑利用NMR方法来搜索诱导自旋进动的技术。这些技术探测的参数空间远远超出了目前的天体物理学极限，并显着扩展了实验室探测。自旋进动是寻找这些超轻粒子的一种方法，但很可能有许多新类型的实验可以利用这种时变时刻来寻找暗物质。
2013-09-03 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
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
Axion dark matter (theory & experiment)
本文回顾了轴子作为强CP疑难解决方案及冷暗物质候选者的动机，讨论了基准轴子模型对轴子与标准模型耦合及暗物质丰度的预测，并概述了当前及未来轴子实验的发现潜力。
2023-11-20 hep-ph
Ultralight scalar and axion dark matter detection with atom interferometers
Shandong University of Aeronautics（山东航空学院）；Innovation Academy for Precision Measurement Science and Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院精密测量科学与技术创新研究院）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
本文提出利用原子干涉仪探测超轻标量和轴子暗物质，通过计算差分相移给出耦合参数约束，有望提升探测灵敏度并与其他实验互补。
2024-01-30 hep-ph
On the origin and the detection of characteristic axion wiggles in photon spectra
光子在外部磁场中传播时，会振荡成轴子或类轴子粒子（axion-like particle，ALP）。这种振荡将导致来自天体物理源的高能光子能谱的特征，可用于探测ALP的存在。在这项工作中，我们重新审视这些振荡的签名，并强调适当处理湍流磁场的重要性。我们实施到ELMAG的轴子，从而补充通常的描述光子轴子振荡与高能光子传播和相互作用的蒙特卡罗治疗。我们还提出了另一种方法检测轴子通过离散功率谱作为可观察的光子谱中的摆动的能量依赖性。
2022-01-13 astro-ph.HE hep-ph
Axion Searches with Microwave Filters: the RADES project
我们提出，设计和构建一个传统的轴子晕圈概念的变体，可以在寻找暗物质的质量在十年$μ$ 100 eV的轴子竞争。这些质量位于稍高于现有的实验已经达到基准QCD轴子模型的灵敏度的质量范围。我们的晕圈镜由一系列由矩形膜片连接的小型微波腔组成，这种排列通常用于射频滤波器。单元腔的尺寸决定了主谐振频率，而连接大量腔的可能性允许达到大的检测体积。我们开发的检测概念的理论框架，并提出设计处方，以优化检测能力。我们描述了这个概念的第一个小规模原型的设计和实现，称为遗迹轴子探测器探索性设置（RADES）。它由一个镀铜不锈钢五腔微波滤波器组成，检测模式工作在8.4GHz左右。这种结构已经在2 K和298 K下进行了电磁表征，现在它被放置在CERN的9 T CAST偶极磁体的一个双孔中的超高真空中。我们描述了为遗迹轴子探测开发的数据采集系统，并提出了微波滤波器的电磁特性的初步结果，这表明滤波器的潜力，以达到QCD轴子窗口灵敏度在X波段的频率。
2018-05-17 hep-ex hep-ph
Direct Detection of Axion-Like Particles in Bismuth-Based Topological Insulators
近年来，在暗物质研究领域出现了一个新的领域，即光暗物质在电子系统中的直接探测。这种现象与暗物质与原子核弹性散射中的核反冲现象相似，但运动学性质不同。由于能隙小，电子系统可以探测亚GeV的暗物质，而不是核目标。特别是吸收到材料甚至可以检测超轻暗物质在质量约meV。根据光学电导率和吸收截面之间的等效性，可以计算铋基拓扑绝缘体中的轴子探测。发现拓扑绝缘体对轴子具有很强的灵敏度，为超导体和半导体提供了一种互补的直接探测。拓扑绝缘体的新颖之处在于它的薄膜甚至可以获得与超导体相同的灵敏度。
2018-07-31 hep-ph
Directional axion detection
我们开发了一种形式主义来描述扩展现有的轴子晕圈镜设计，具有方向性的灵敏度传入的暗物质轴子速度。如果实验设计的尺寸接近局部轴子场的典型相干长度，那么这种效应是可以测量的。有了方向灵敏度，轴子探测实验将有极大的潜力来探测局部暗物质速度分布。我们发展我们的形式主义一般，但将其应用到具体的实验设计，即谐振腔和介质盘haloscope。我们证明，这些实验是能够测量日常调制的暗物质信号，并用它来重建三维速度分布。这使得人们可以测量太阳特有的速度，探测暗物质速度椭球的各向异性，并确定冷的子结构，如最近发现的地球附近的流。定向实验还可以在更短的时间尺度上识别特征，这可能有助于绘制轴子微团的碎片。
2018-06-15 astro-ph.CO hep-ph
Axion-like particles from primordial black hole evaporation and their detection in neutrino experiments
原始黑洞是一种新的辐射源，它可以辐射出几百MeV能量的基本粒子。我们探讨了质量小于1 MeV的类轴子粒子（ALP）由PBH蒸发产生的可能性。地下探测器目标中的光ALP的吸收然后在当前和未来的中微子实验中诱导高能光电子签名。利用PBH ALP事件率，我们把一般的排斥限制在超K和超K的轴子耦合。我们还将这些限制转化为由PBH $f_{\rm PBH}$组成的DM分数的上限。
2022-10-30 hep-ph
