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类轴子粒子多参数传感

Axion like particles multi-parameter sensing

Hassan Manshouri, Moslem Zarei, Mehdi Abdi

arXiv 2607.12164首次发表:更新:

AI 中文总结

该研究借助量子计量技术,利用轴子介导的费米子相互作用,通过多探针检测策略约束类轴子粒子的质量和耦合常数,在特定轴子质量范围可排除低至$10^{-7}$的耦合常数取值。

AI 中文摘要

寻找类轴子粒子(APLs)是现代宇宙学中最深奥的谜题之一,可能是理解暗物质和暗能量的关键。在这项工作中,我们引入一种利用量子计量技术的装置,通过由轴子介导的费米子间奇异赝标自旋-自旋相互作用,来约束APLs的假设质量和耦合常数。我们方法的一个关键优势是利用位置依赖的自旋传感器结果实现高灵敏度探测。为同时研究轴子质量和耦合常数,我们采用多探针检测策略,规避了量子费舍尔信息矩阵的奇异性作为任何探测器灵敏度的最终上限。对于轴子质量在$m_a {\le} 10^{-3} \text{eV}$范围内,该装置可排除低至$10^{-7}$的轴子耦合常数$g^e_pg^n_p$的值。

英文摘要

The search for the axion like particles (APLs)-one of the deepest puzzles in modern cosmology-may hold the key to understanding dark matter and dark energy. In this work, we introduce a setup taking advantage of the quantum metrology techniques to constrain the hypothetical mass and coupling constants of APLs by employing exotic pseudoscalar spin-spin interactions between fermions mediated by ALPs. A key advantage of our approach is the exploitation of position-dependent spin sensor results to the high sensitivity of the probe. To simultaneously investigate the axion mass and coupling constants, we invoke a multi-probe detection strategy. Through this strategy, we circumvent the singularity of the quantum Fisher information matrix as an ultimate upper bound on the sensitivity of any probe. For the axion masses in the range of $m_a {\le} 10^{-3} \text{eV}$, this setup can exclude values of axion coupling constants $g^e_pg^n_p$ down to $10^{-7}$.

论文原文

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