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高能物理 - 现象学

arXiv:2412.14282 (hep-ph)
[提交于 2024年12月18日 (v1) ,最后修订 2025年6月20日 (此版本, v2)]

标题: 基于长基线原子干涉仪的巨引力子暗物质探测

标题: Massive graviton dark matter searches with long-baseline atom interferometers

Authors:Diego Blas, John Carlton, Christopher McCabe
摘要: 原子干涉仪通过精确测量对原子系统的影响,提供了对超轻暗物质(ULDM)的非凡灵敏度。 先前的研究已经展示了它们检测标量和矢量ULDM候选者的潜力,但它们探测自旋-2 ULDM的能力尚未被探索。 在这项工作中,我们通过研究原子干涉仪在几种大质量引力框架下的自旋-2 ULDM敏感性来填补这一空白,包括洛伦兹不变的Fierz-Pauli情况以及两种不同的洛伦兹破坏情景。 我们表明,自旋-2 ULDM场的相干振荡通过三种耦合机制在原子干涉仪中诱导出可测量的相移:修改原子能级的标量相互作用,以及改变原子和光传播的矢量和张量效应。 我们证明了这些多方面的相互作用使原子干涉仪能够探测激光干涉引力波探测器无法触及的一系列ULDM属性和质量尺度。 我们的结果确立了原子干涉仪在自旋-2暗物质探测方面开辟新实验前沿的潜力。
摘要: Atom interferometers offer exceptional sensitivity to ultra-light dark matter (ULDM) by precisely measuring effects on atomic systems. Previous studies have demonstrated their capability to detect scalar and vector ULDM candidates, yet their potential for probing spin-2 ULDM remains unexplored. In this work, we address this gap by investigating the sensitivity of atom interferometers to spin-2 ULDM across several frameworks for massive gravity, including the Lorentz-invariant Fierz-Pauli case and two distinct Lorentz-violating scenarios. We show that coherent oscillations of the spin-2 ULDM field induce measurable phase shifts in atom interferometers through three coupling mechanisms: scalar interactions that modify atomic energy levels, and vector and tensor effects that alter the propagation of both atoms and light. We demonstrate that these multifaceted interactions enable atom interferometers to probe a range of ULDM properties and mass scales that are inaccessible to laser interferometric gravitational wave detectors. Our results establish the potential of atom interferometers to open a new experimental frontier for spin-2 dark matter detection.
评论: 19页,3幅图
主题: 高能物理 - 现象学 (hep-ph) ; 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); 原子物理 (physics.atom-ph); 量子物理 (quant-ph)
引用方式: arXiv:2412.14282 [hep-ph]
  (或者 arXiv:2412.14282v2 [hep-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.14282
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: KCL-PH-TH/2024-69, AION-REPORT/2024-08
相关 DOI: https://doi.org/10.1103/zxtk-bwnf
链接到相关资源的 DOI

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来自: John Carlton [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2024 年 12 月 18 日 19:21:51 UTC (606 KB)
[v2] 星期五, 2025 年 6 月 20 日 16:09:15 UTC (605 KB)
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