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高能物理 - 实验

arXiv:2510.01221 (hep-ex)
[提交于 2025年9月22日 (v1) ,最后修订 2025年10月8日 (此版本, v2)]

标题: WISPFI 实验:原型开发

标题: WISPFI Experiment: Prototype Development

Authors:Josep Maria Batllori, Michael Frosz, Dieter Horns, Marios Maroudas
摘要: 轴子和类轴子粒子(ALPs)是与光子在外部磁场中耦合的有吸引力的暗物质(DM)候选者。 围绕$m_a \sim 50~\mu$eV 的参数空间尚未被haloscope实验广泛探索。 我们介绍了WISP Searches on a Fiber Interferometer(WISPFI)的第一个原型,这是一种基于共振光子-轴子转换的桌面型、模型无关的方案,该方案利用集成到马赫-曾德尔干涉仪(MZI)中的空心芯光子晶体光纤(HC-PCF)。 在暗条纹附近运行并采用主动相位锁定,结合幅度调制,该干涉仪将轴子引起的光子消失转化为可测量的信号。 一个2 W、1550 nm的激光被耦合进放置在2 T永磁体阵列内的1米长的HC-PCF中,探测固定轴子质量为$m_a \simeq 49~$meV,测量时间为30天时的预期灵敏度为$g_{a\gamma\gamma} \gtrsim 1.3 \times 10^{-9}~\text{GeV}^{-1}$。 未来的升级包括有效折射率的压力调谐和法布里-珀罗腔的实现,可以扩展可访问的质量范围并提高灵敏度,从而将WISPFI确立为一种可扩展的平台,以探索之前无法触及的轴子参数空间区域。
摘要: Axions and axion-like particles (ALPs) are well-motivated dark matter (DM) candidates that couple to photons in external magnetic fields. The parameter space around $m_a \sim 50~\mu$eV remains largely unexplored by haloscope experiments. We present the first prototype of WISP Searches on a Fiber Interferometer (WISPFI), a table-top, model-independent scheme based on resonant photon-axion conversion in a hollow-core photonic crystal fiber (HC-PCF) integrated into a Mach-Zehnder interferometer (MZI). Operating near a dark fringe with active phase-locking, combined with amplitude modulation, the interferometer converts axion-induced photon disappearance into a measurable signal. A 2 W, 1550 nm laser is coupled into a 1 m-long HC-PCF placed inside a 2 T permanent magnet array, probing a fixed axion mass of $m_a \simeq 49~$meV with a projected sensitivity of $g_{a\gamma\gamma} \gtrsim 1.3 \times 10^{-9}~\text{GeV}^{-1}$ for a measurement time of 30 days. Future upgrades, including pressure tuning of the effective refractive index and implementation of a Fabry-P\'erot cavity, could extend the accessible mass range and improve sensitivity, establishing WISPFI as a scalable platform to explore previously inaccessible regions of the axion parameter space.
评论: 8页,5图,准备提交至第19届帕特拉斯轴子、WIMPs和WISPs研讨会论文集
主题: 高能物理 - 实验 (hep-ex) ; 宇宙学与非星系天体物理学 (astro-ph.CO); 仪器与探测器 (physics.ins-det)
引用方式: arXiv:2510.01221 [hep-ex]
  (或者 arXiv:2510.01221v2 [hep-ex] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2510.01221
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Marios Maroudas [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 9 月 22 日 08:25:04 UTC (10,564 KB)
[v2] 星期三, 2025 年 10 月 8 日 14:43:39 UTC (10,564 KB)
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