Nuova tecnica per la rilevazione di assioni tramite contatore di fotoni singolo
La ricerca della materia oscura è uno dei problemi aperti più importanti della fisica moderna. Gli assioni sono considerati dei buoni candidati per la materia oscura, ma la ricerca dell’intera gamma di masse possibili è limitata dal rumore quantistico standard. Questo rende le ricerche con aloscopio per assioni con masse superiori a 0.1 meV non fattibili con le tecnologie attuali. Per superare questo limite, è stata proposta una nuova tecnica di conteggio dei fotoni progettata per operare a 30-60 GHz, per rilevare gli assioni con masse tra 0.124 meV e 0.248 meV, basata su un singolo elettrone in una trappola di Penning. Il modo ciclotrone dell’elettrone assorbe i fotoni a microonde e, attraverso l’effetto Stern-Gerlach continuo, questa assorbimento imprime uno sfasamento misurabile sul moto assiale.
In questo studio, viene analizzato in modo completo questo metodo di rilevamento dei fotoni. Viene introdotto un nuovo tipo di tecnica di rilevamento assiale veloce e sensibile alla fase, utilizzando l’amplificazione parametrica assiale-magnetron per superare il rumore di Johnson del rivelatore e annullare gli spostamenti di frequenza associati. Questo metodo potrebbe trovare altre applicazioni nelle misurazioni di frequenza di precisione delle trappole di Penning. Viene confrontata l’efficienza del contatore di fotoni singolo a elettroni con un dispositivo ideale, e si è riscontrato che il contatore di fotoni proposto ha prestazioni sufficienti per cercare assioni di massa elevata.
Paper: ArXiv.org