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天体物理学 > 天体物理学的仪器与方法

arXiv:2002.04352v1 (astro-ph)
[提交于 2020年2月11日 ]

标题: 量子传感器网络作为多信使天文学的奇异场望远镜

标题: Quantum sensor networks as exotic field telescopes for multi-messenger astronomy

Authors:Conner Dailey, Colin Bradley, Derek F. Jackson Kimball, Ibrahim Sulai, Szymon Pustelny, Arne Wickenbrock, Andrei Derevianko
摘要: 多信使天文学,即对来自同一天体物理事件的不同类别信号进行协调观测,提供了关于具有深远影响的天体物理过程的丰富信息。到目前为止,多信使天文学的重点是寻找已知基本力和标准模型粒子的传统信号,如引力波(GW)。除了这些已知效应外,量子传感器网络可用于搜索超越标准模型(BSM)理论预测的天体物理信号。奇异玻色场是BSM理论的普遍特征,在寻求理解暗物质和暗能量的本质以及解决层次问题和强CP问题时出现。我们考虑高能天体物理事件可能产生强烈的奇异低质量场(ELFs)脉冲的情况。我们建议扩展多信使天文学的工具箱,包括设计上屏蔽或对传统标准模型物理信号不敏感的精密量子传感器网络。我们估计ELF信号的振幅、延迟、速率和引力波源的距离,全球原子磁力计和原子钟网络可能对此敏感。我们发现,确实,这种精密量子传感器网络可以作为ELF望远镜来检测产生足够强度ELF脉冲的源的信号。因此,如果ELF存在,它们可以作为天体物理事件的额外信使。
摘要: Multi-messenger astronomy, the coordinated observation of different classes of signals originating from the same astrophysical event, provides a wealth of information about astrophysical processes with far-reaching implications. So far, the focus of multi-messenger astronomy has been the search for conventional signals from known fundamental forces and standard model particles, like gravitational waves (GW). In addition to these known effects, quantum sensor networks could be used to search for astrophysical signals predicted by beyond-standard-model (BSM) theories. Exotic bosonic fields are ubiquitous features of BSM theories and appear while seeking to understand the nature of dark matter and dark energy and solve the hierarchy and strong CP problems. We consider the case where high-energy astrophysical events could produce intense bursts of exotic low-mass fields (ELFs). We propose to expand the toolbox of multi-messenger astronomy to include networks of precision quantum sensors that by design are shielded from or insensitive to conventional standard-model physics signals. We estimate ELF signal amplitudes, delays, rates, and distances of GW sources to which global networks of atomic magnetometers and atomic clocks could be sensitive. We find that, indeed, such precision quantum sensor networks can function as ELF telescopes to detect signals from sources generating ELF bursts of sufficient intensity. Thus ELFs, if they exist, could act as additional messengers for astrophysical events.
评论: 19页,5图
主题: 天体物理学的仪器与方法 (astro-ph.IM) ; 宇宙学与非星系天体物理学 (astro-ph.CO); 广义相对论与量子宇宙学 (gr-qc); 高能物理 - 实验 (hep-ex); 量子物理 (quant-ph)
引用方式: arXiv:2002.04352 [astro-ph.IM]
  (或者 arXiv:2002.04352v1 [astro-ph.IM] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2002.04352
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Nature Astronomy 5, 150-158 (2021)
相关 DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-020-01242-7
链接到相关资源的 DOI

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来自: Arne Wickenbrock [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2020 年 2 月 11 日 12:47:01 UTC (3,350 KB)
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