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Parametrics of electromagnetic searches for axion dark matter

机译：电磁搜索轴暗物质的参数学

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Light axionlike particles occur in many theories of beyond-Standard-Model physics, and may make up some or all of the Universe’s dark matter. One of the ways they can couple to the Standard Model is through the electromagnetic F μ ν F ? μ ν portal, and there is a broad experimental program, covering many decades in mass range, aiming to search for axion dark matter via this coupling. In this paper, we derive limits on the absorbed power, and coupling sensitivity, for a broad class of such searches. We find that standard techniques, such as resonant cavities and dielectric haloscopes, can achieve O ( 1 ) -optimal axion-mass-averaged signal powers, for given volume and magnetic field. For low-mass (frequency ? GHz ) axions, experiments using static background magnetic fields generally have suppressed sensitivity; we discuss the physics of this limitation, and propose experimental methods to avoid it, such as microwave up-conversion experiments. We also comment on the detection of other forms of dark matter, including dark photons, as well as the detection of relativistic hidden-sector particles.
机译：光轴状颗粒发生在超出标准模型物理的许多理论中，并且可以构成一些或全部宇宙的暗物质。它们可以耦合到标准模型的方式之一是通过电磁Fμsfα？ μS门户，并且有一个广泛的实验程序，覆盖数十年的质量范围，旨在通过该耦合搜索轴暗物质。在本文中，我们为广泛的这种搜索导出了吸收功率和耦合灵敏度的限制。我们发现标准技术，例如谐振腔和介电光束，可以实现给定体积和磁场的O（1）oOptimal轴质量平均信号功率。对于低质量（频率？GHz）轴，使用静态背景磁场的实验通常抑制灵敏度;我们讨论了这种限制的物理学，并提出了避免它的实验方法，例如微波上转换实验。我们还评论了检测其他形式的暗物质，包括深色光子，以及检测相对论的隐形扇形颗粒。

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