Noise temperature measurements for axion haloscope experiments at IBS/CAPP
轴子最初是作为Peccei-Quinn机制的结果引入的，用于解决粒子物理学中强相互作用中的CP问题，并且是一个很好的冷暗物质候选者。这种粒子预计与物质的相互作用非常弱，预计其质量在$μ$ eV范围内，相应的频率大致在GHz范围内。1983年，P. Sikivie提出了一种探测方案，即所谓的轴子晕镜，其中轴子在强磁场渗透的可调谐微波腔中共振转换为光子。实验噪声的一个主要来源是RF放大器的附加噪声，因此准确理解放大器的噪声是很重要的。本文给出了广泛用于轴子暗物质研究的各种低噪声放大器的噪声温度测量结果。
2020-12-05 physics.ins-det
An improved synthetic signal injection routine for the Haloscope At Yale Sensitive To Axion Cold dark matter (HAYSTAC)
针对暗物质轴子探测中验证探测器与分析流程的需求，提出基于跳频扩频的合成轴子信号方法，可生成更真实的谱线并校准功率，优于HAYSTAC一期的注入方案。
2023-05-12 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
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
A high-Q microwave dielectric resonator for axion dark matter haloscopes
1-15 GHz的频带提供了令人兴奋的前景共振轴子haloscopes所示的宇宙学和天体物理学参数。在目前解决的挑战，以达到所需的灵敏度，高品质因数腔，容忍多特斯拉领域的发展起着核心作用。我们报道了一个三维谐振腔的基础上，一个正确的圆形铜腔与空心圆柱，限制高阶模式周围的圆柱轴。在10.3GHz时，其有效体积为$3.4 \cdot 10^{-2}$升，在8 T场下，我们测得内部品质因数超过900万。这些参数表明，这种独特的谐振腔探测银河系暗物质轴子在显着的扫描速率为15 MHz/天时，腔读出的量子限制接收器的潜力。
2022-01-11 physics.ins-det
Haloscope searches for dark matter axions at the Center for Axion and Precision Physics Research
轴子和精密物理研究中心（CAPP）成立于2013年，其目标是揭示强CP问题和轴子的存在。CAPP的大部分工作集中在直接探测暗物质候选轴子上，并进行了一系列局部晕圈观测实验，努力扩大对“不可见轴子”质量范围的覆盖范围。其中前两个计划在今年进行实验运行，利用超低低温和环形腔几何形状。整个计划建立在尖端技术的基础上，包括超导薄膜，SQUID放大器和新型磁体的发展。本文介绍了计划的进展和该计划的状态，同时也可以被认为是一个教学介绍晕圈镜实验。
2017-02-13 hep-ex physics.ins-det
Simulation of dielectric axion haloscopes with deep neural networks: a proof-of-principle
介电轴子晕镜，如MADMAX实验，是直接寻找暗物质轴子的有前途的概念。可靠的模拟是成功实现实验的基本要求。由于模拟的复杂性，对计算资源的需求可能很快变得令人望而却步。在本文中，我们首次展示了现代深度学习技术可以应用于辅助介电Haloscope的模拟和优化。
2022-11-10 astro-ph.CO 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
Parameter optimization of Josephson parametric amplifiers using a heuristic search algorithm for axion haloscope search
本研究提出利用Nelder-Mead启发式搜索算法动态优化约瑟夫森参量放大器的多维参数，以提升信噪比，从而有效增强轴子暗物质探测的灵敏度。
2024-04-29 physics.ins-det
High and low mass Axion Haloscopes at UWA
我们认为设计的晕圈实验（ORGAN）探测在26.6 GHz的轴子。这种搜索的动机是执行结果的第一次直接测试，该结果声称在该频率下可能存在轴子信号。在大质量轴子晕镜的设计中，有许多技术问题和优化必须考虑。我们讨论了目前的状态的有机体实验，以及它的未来。我们还讨论了低质量轴子haloscopes采用集总三维LC谐振器。
2016-11-24 hep-ex hep-ph physics.ins-det
First mechanical realization of a tunable dielectric haloscope for the MADMAX axion search experiment
该研究首次机械实现了MADMAX轴子搜索实验的可调介质半谐振腔原型，在1.6T磁场和35K低温下验证了其移动速度和定位精度满足要求。
2024-11-11 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
Discovering QCD-Coupled Axion Dark Matter with Polarization Haloscopes
本研究提出利用极化晕镜探测QCD耦合轴子暗物质，借助轴子引发的极化电介质振荡电流激发腔模，现有技术即可拓展新参数空间，还可验证轴子-光子耦合信号的来源。
2023-08-25 hep-ex hep-ph nucl-th
Tunable axion plasma haloscopes
我们提出了一种新的策略，使用可调低温等离子体搜索暗物质轴子。与目前的实验不同，这些实验通过打破平移不变性（腔和介电haloscopes）来修复轴子和光子质量之间的失配，等离子体晕圈镜通过将轴子质量与等离子体频率相匹配来实现共振转换。一个关键的优点是，等离子体频率与设备的物理尺寸无关，允许大的转换量。我们确定线超材料作为一个有前途的候选人等离子体，其中等离子体频率可以通过改变线间的间距进行调谐。对于现实的实验尺寸，我们估计竞争的灵敏度轴子质量$35-400\,μ$电子伏特，至少。
2019-10-01 hep-ex hep-ph physics.ins-det
A First Look on 3D Effects in Open Axion Haloscopes
我们探讨有限尺寸的3D效果在开放的轴子haloscopes，如碟形天线，介质盘和最小的介质haloscopes组成的镜子和一个介质盘。特别是介电Haloscope是一种很有前途的新方法，用于检测质量范围在$40\,μ{\rm eV}$以上的暗物质轴子。通过使用两个专门的独立的方法-有限元方法和傅立叶光学的基础上-我们计算的电磁场在这些设置预期在存在的轴子暗物质领域。这使我们能够研究衍射和近场效应的实际大小的实验设置，与早期的理想化的一维研究与无限扩展的镜子和磁盘。我们还研究了轴子速度效应和磁盘平铺。衍射效应被发现变得不太相关，对更大的轴子质量和更大的磁盘半径，例如针对在全尺寸介电haloscopes，如MADMAX。我们的研究的见解不仅提供了一个现实的建模开放轴子暗物质搜索实验一般的基础，他们也特别是考虑到3D效果的介电haloscope的第一个结果。
2019-08-22 hep-ex hep-ph physics.ins-det
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
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
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
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
UPLOAD-HELIX: High-Helicity Single-Mode Microwave Haloscope with Low-Noise Interferometric Readout for Ultralight Axion Dark Matter
The University of Western Australia（西澳大学）；Thomas Jefferson National Accelerator Facility（托马斯·杰斐逊国家加速器设施）；University of Birmingham（伯明翰大学）；Selçuk University（塞尔丘克大学）
本研究基于超导铌的逆设计框架优化螺旋腔谐振器，开发出高灵敏度AM噪声检测的扭曲任意子腔，其品质因数较基准提升三个数量级，三个月采集时间可在超轻轴子质量范围实现超当前CAST限一个量级的探测灵敏度。
2026-09-11 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
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
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
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
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
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
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
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
Experimental determination of axion signal power of dish antennas and dielectric haloscopes using the reciprocity approach
本文利用互易方法通过直接测量确定碟形天线与介质晕探测器的轴子信号功率，首次量化了天线驻波和高阶模扰动等系统效应，验证了该方法的可靠性。
2024-04-02 hep-ex hep-ph physics.ins-det
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
Spectral shaping of Gaussian white noise for synthetic axion signal generation in microwave cavity haloscopes
Dipartimento di Fisica e Astronomia（物理与天文系）；INFN, Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所帕多瓦分部）；INFN, Laboratori Nazionali di Legnaro（意大利国家核物理研究所莱尼亚罗实验室）
本文提出一种在频域整形高斯白噪声生成随机合成轴子波形的方法，用于微波腔卤oscope的端到端校准和盲注入研究，可灵活适应标准晕模型及非标准速度分布。
2026-09-25 hep-ph physics.ins-det
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
MADMAX: A new way of probing QCD Axion Dark Matter with a Dielectric Haloscope -- Foundations
与WIMP相反，轻暗物质候选者越来越受到科学界的关注。特别地，QCD轴子也能够解决其他的基本问题，例如强相互作用中的CP守恒。在强磁场作用下，不同介电常数的材料之间的边界处，星系轴子、类轴子粒子和隐藏的光子可以转化为光子。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这种转换。建议的MADMAX设置包含80个高介电盘在\SI{10}{\tesla}磁场将探测$40$ -\SI{400}{\micro\electronvolt}，这是一个范围，目前无法通过现有的腔搜索动机良好的质量范围。我们提出了这种方法的基础和预期的敏感性。
2017-12-04 hep-ph 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
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
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 and hidden photon dark matter detection with multilayer optical haloscopes
一个动机良好的暗物质候选者，包括轴子和暗光子，采取光玻色子场的相干振荡的形式。如果暗物质耦合到标准模型状态，那么就有可能通过实验室目标中的反射来检测它。目前的这类实验包括基于腔的谐振器，它将玻色子暗物质转换为电磁场，工作在微波频率。我们提出了一类新的检测器在更高的频率，从红外线到紫外线，基于介电晕圈概念。在周期性光子材料中，玻色子暗物质可以有效地转换为可检测的单光子。通过可行的实验技术，这些探测器可以探测到在0.1-10 eV质量范围内的轴子和暗光子暗物质的重要新参数空间。
2018-08-05 cond-mat.mes-hall hep-ph 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
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
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
WISPDMX: A haloscope for WISP Dark Matter between 0.8-2 $μ$eV
弱相互作用细长粒子（WISP），包括QCD轴子、类轴子粒子（ALP）和隐藏光子，被认为是暗物质载体粒子的强候选者。微波腔实验WISPDMX是第一个直接WISP暗物质搜索实验，探测0.8-2.0 $μ$ eV范围内的粒子质量。WISPDMX测量的第一阶段已经在腔的标称谐振频率下完成。目前正在准备WISPDMX的第二阶段，目标是整个0.8-2.0 $μ$ eV质量范围的60%以内的隐藏光子和轴子。
2015-11-10 hep-ex physics.ins-det
Comparing Instrument Spectral Sensitivity of Dissimilar Electromagnetic Haloscopes to Axion Dark Matter and High Frequency Gravitational Waves
已知通过轴子-光子异常寻找暗物质轴子的占星仪也通过逆Gertsenshtein效应对引力辐射敏感。最近，这种寻找高频引力波的方法已经获得了动力，因为它已经表明，这种探测器的应变灵敏度与轴子-光子θ角的灵敏度是相同的。因此，在计算了晕圈仪对轴子信号的灵敏度之后，我们还计算了对具有相同频谱和时间形式的引力波信号的灵敏度的数量级。然而，引力波和轴子信号不太可能具有相同的形式，因为信号产生的物理方式完全不同。对于引力波探测，谱应变灵敏度是单位应变/平方根Hz，由于谱应变灵敏度与引力波信号无关，因此谱应变灵敏度是比较引力波探测器灵敏度的自然方式。在这项工作中，我们介绍了一个系统的方法来计算光谱灵敏度的轴子晕镜，所以仪器比较可以实现独立的信号假设，只依赖于轴子信号转导灵敏度和仪器中的噪声。因此，光谱灵敏度的计算不仅允许独立于信号的不同轴子探测器的比较，而且还允许我们在光谱应变灵敏度方面比较引力波灵敏度的数量级，允许与基于光学干涉仪和共振质量技术的标准引力波探测器进行比较。
2022-10-16 astro-ph.IM gr-qc hep-ex
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
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
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
Search for Axion dark matter with the QUAX-LNF tunable haloscope
本研究使用位于LNF的QUAX实验新晕镜，在36.52413至36.5511 μeV质量范围内搜索轴子暗物质，未观察到功率谱超出，并在90%置信水平下将轴子-光子耦合限制设定为 $g_{aγγ} < 0.861 \ imes 10^{-13}$ GeV$^{-1}$。
2024-05-15 astro-ph.CO hep-ex physics.ins-det
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
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
Tunable Wire Metamaterials for an Axion Haloscope
针对暗物质轴子搜寻中超材料等离子体频率需调谐的需求，研究了双穿插矩形线晶格系统，通过实验与理论模拟验证了16%的调谐范围，为轴子探测器研发提供支撑。
2023-06-27 astro-ph.GA astro-ph.IM hep-ex
