当前位置:
X-MOL 学术
›
Phys. Rev. Lett.
›
论文详情
Our official English website, www.x-mol.net, welcomes your
feedback! (Note: you will need to create a separate account there.)
New Constraints on Axion-Mediated Spin Interactions Using Magnetic Amplification
Physical Review Letters ( IF 8.1 ) Pub Date : 2024-11-04 , DOI: 10.1103/physrevlett.133.191801 Haowen Su, Min Jiang, Yuanhong Wang, Ying Huang, Xiang Kang, Wei Ji, Xinhua Peng, Dmitry Budker
Physical Review Letters ( IF 8.1 ) Pub Date : 2024-11-04 , DOI: 10.1103/physrevlett.133.191801 Haowen Su, Min Jiang, Yuanhong Wang, Ying Huang, Xiang Kang, Wei Ji, Xinhua Peng, Dmitry Budker
|
Axions are highly motivated hypothetical particles beyond the standard model that can be dark matter candidates and address the strong 𝐶 𝑃 problem. Here we search for axion-mediated interactions generated between two separated 1 2 9 X e gas ensembles, monitoring and polarizing the 1 2 9 X e nuclear spins through spin-exchange interactions with Rb vapor. Our method exploits the magnetic amplification through effective fields from Rb-Xe collisions, increasing the sensitivity for axion-mediated interactions by up to 145-fold relative to conventional methods. Moreover, we employ template filtering to extract exotic interactions with a maximum signal-to-noise ratio. By combining two techniques, axion-mediated interactions are constrained to be less than 1 0 − 5 of normal magnetic interactions on a length scale of 60 mm. We establish new constraints on the neutron-neutron pseudoscalar couplings for a mass range that expands into the well-motivated “axion window” (1 0 μ e V – 1 m e V ), improving previous constraints by up to 50-fold within it and 118-fold outside it. We further discuss promising applications in searches for other axion-nucleon interactions, including axion dark matter and black hole axion bursts with sensitivity well beyond astrophysical limits by several orders of magnitude.
中文翻译:
使用磁扩增对轴子介导的自旋相互作用的新约束
轴子是超出标准模型的高度激励的假设粒子,可以成为暗物质候选者并解决强 CP 问题。在这里,我们搜索两个分离的 129Xe 气体集合之间产生的轴子介导的相互作用,通过与 Rb 蒸气的自旋交换相互作用来监测和极化 129Xe 核自旋。我们的方法利用了 Rb-Xe 碰撞有效场的磁放大,相对于传统方法,将轴子介导的相互作用的灵敏度提高了 145 倍。此外,我们采用模板过滤来提取具有最大信噪比的奇异相互作用。通过结合两种技术,轴子介导的相互作用被限制在 60 mm 长度尺度上小于正常磁相互作用的 10−5。我们在中子-中子伪标量耦合上建立了新的约束,其质量范围扩展到良好的“轴子窗口”(10μeV–1meV),将之前的约束提高了 50 倍,将外部提高了 118 倍。我们进一步讨论了在搜索其他轴子-核子相互作用方面的有前途的应用,包括轴子暗物质和黑洞轴子爆发,其灵敏度远远超出了天体物理学的极限几个数量级。
更新日期:2024-11-04
中文翻译:

使用磁扩增对轴子介导的自旋相互作用的新约束
轴子是超出标准模型的高度激励的假设粒子,可以成为暗物质候选者并解决强 CP 问题。在这里,我们搜索两个分离的 129Xe 气体集合之间产生的轴子介导的相互作用,通过与 Rb 蒸气的自旋交换相互作用来监测和极化 129Xe 核自旋。我们的方法利用了 Rb-Xe 碰撞有效场的磁放大,相对于传统方法,将轴子介导的相互作用的灵敏度提高了 145 倍。此外,我们采用模板过滤来提取具有最大信噪比的奇异相互作用。通过结合两种技术,轴子介导的相互作用被限制在 60 mm 长度尺度上小于正常磁相互作用的 10−5。我们在中子-中子伪标量耦合上建立了新的约束,其质量范围扩展到良好的“轴子窗口”(10μeV–1meV),将之前的约束提高了 50 倍,将外部提高了 118 倍。我们进一步讨论了在搜索其他轴子-核子相互作用方面的有前途的应用,包括轴子暗物质和黑洞轴子爆发,其灵敏度远远超出了天体物理学的极限几个数量级。