Résumé - Un prototype de cavité hybride pour la détection axionique hétérodine

Un prototype de cavité hybride pour la détection axionique hétérodine

2025-07-09 18:00:01

{"Zenghai Li","Kevin Zhou","Marco Oriunno","Asher Berlin","Sergio Calatroni","Raffaele Tito D'Agnolo","Sebastian A. R. Ellis","Philip Schuster","Sami G. Tantawi","Natalia Toro"}

{physics.ins-det,hep-ex,hep-ph}

Cet article discute la conception, la fabrication et la caractérisation d'un prototype de cavité hybride pour la détection de la matière noire en axions en utilisant l'approche heterodyne. Les axions sont des particules hypothétiques qui pourraient constituer une composante de la matière noire, et leur détection pourrait fournir des informations sur la nature de la matière noire. La cavité prototype est conçue pour optimiser la détection des axions à l'aide de l'approche heterodyne, qui implique d'exciter une cavité micro-ondes dans un mode "chargé" et d'utiliser le courant efficace des axions pour faire resonner un mode "signal". La conception de la cavité inclut des corrugations sur les parois pour soutenir les modes hybrides, ce qui maximise la puissance du signal tout en supprimant le bruit. La cavité inclut également un mécanisme d'ajustement qui permet de balayer la fréquence d'un mode sur une plage de 4 MHz tout en supprimant le bruit de couplage croisé de plus de 80 dB. La cavité prototype n'est pas superconductrice, donc sa sensibilité à la matière noire en axions est limitée. Cependant, le design est optimisé pour les cavités superconductrices futures, qui auraient le potentiel de dépasser les limites astrophysiques d'une magnitude. L'article examine l'approche heterodyne pour la détection des axions, y compris la puissance du signal et les sources de bruit. Il discute également de la conception de la cavité prototype, y compris le concept des modes hybrides, la conception optimisée et le couplage ainsi que l'ajustement de fréquence. L'article présente les résultats de mesures de laboratoire de la cavité terminée, qui corroborent les résultats des simulations et démontrent l'efficacité du design pour supprimer le bruit et ajuster la fréquence du mode. Dans l'ensemble, l'article présente une avancée significative dans le développement de la détection de la matière noire en axions par l'approche heterodyne. La conception de la cavité prototype est optimisée pour les cavités superconductrices futures, qui pourraient potentiellement détecter des axions au-delà des limites astrophysiques et fournir des informations précieuses sur la nature de la matière noire.