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Search for an axion-induced oscillating electric dipole moment for electrons using atomic magnetometers

机译：搜索使用原子磁力计的电子的轴振荡电偶极力矩

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We propose an experimental search for an axion-induced oscillating electric dipole moment (OEDM) for electrons using state-of-the-art alkali vapor-cell atomic magnetometers. The axion is a hypothesized new fundamental particle which can resolve the strong charge-parity problem and be a prominent dark matter candidate. This experiment utilizes an atomic magnetometer as both a source of optically polarized electron spins and a magnetic-field sensor. The interaction of the axion field, oscillating at a frequency equal to the axion mass, with an electron spin induces a sizable OEDM of the electron at the same frequency as the axion field. When the alkali vapor is subjected to an electric field and a magnetic field, the electron OEDM interacts with the electric field, resulting in an electron spin precession at the spin’s Larmor frequency in the magnetic field. The resulting precession signal can be sensitively detected with a probe laser beam of the atomic magnetometer. We estimate that the experiment is sensitive to the axion-photon interaction in ultralight axion masses from 10~(-15) to 10~(-10) eV. It is able to improve the current experimental limit up to 5 orders of magnitude, exploring new axion parameter spaces.
机译：我们提出了一种实验搜索使用最先进的碱蒸气 - 细胞原子磁力计的电子的轴振荡电偶极力矩（OEDM）。轴是一个假设的新基本粒子，可以解决强烈的电荷奇偶校验问题，是一个突出的暗物质候选者。该实验利用原子磁力计作为光学偏振的电子旋源和磁场传感器。轴场的相互作用，在等于轴质量的频率下振荡，电子旋转在与轴场相同的频率下引起电子的可大幅度的电子器材。当碱蒸气经受电场和磁场时，电子器材与电场相互作用，导致磁场中的旋转的传播频率处的电子旋转进程。通过原子磁力计的探针激光束可以灵敏地检测所得到的预测信号。我们估计实验对超级轴质量的轴光子相互作用敏感，从10〜（-15）到10〜（-10）EV。它能够改善当前的实验限制，高达5个数量级，探索新的轴向参数空间。

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