Axion Search with a Quantum-Limited Ferromagnetic Haloscope.


Journal

Physical review letters
ISSN: 1079-7114
Titre abrégé: Phys Rev Lett
Pays: United States
ID NLM: 0401141

Informations de publication

Date de publication:
01 May 2020
Historique:
revised: 12 03 2020
received: 24 01 2020
accepted: 17 04 2020
entrez: 16 5 2020
pubmed: 16 5 2020
medline: 16 5 2020
Statut: ppublish

Résumé

A ferromagnetic axion haloscope searches for dark matter in the form of axions by exploiting their interaction with electronic spins. It is composed of an axion-to-electromagnetic field transducer coupled to a sensitive rf detector. The former is a photon-magnon hybrid system, and the latter is based on a quantum-limited Josephson parametric amplifier. The hybrid system consists of ten 2.1 mm diameter yttrium iron garnet spheres coupled to a single microwave cavity mode by means of a static magnetic field. Our setup is the most sensitive rf spin magnetometer ever realized. The minimum detectable field is 5.5×10^{-19}  T with 9 h integration time, corresponding to a limit on the axion-electron coupling constant g_{aee}≤1.7×10^{-11} at 95% C.L. The scientific run of our haloscope resulted in the best limit on dark matter axions to electron coupling constant in a frequency span of about 120 MHz, corresponding to the axion-mass range 42.4-43.1  μeV. This is also the first apparatus to perform a wide axion-mass scanning by only changing the static magnetic field.

Identifiants

pubmed: 32412290
doi: 10.1103/PhysRevLett.124.171801
doi:

Types de publication

Journal Article

Langues

eng

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IM

Pagination

171801

Auteurs

N Crescini (N)

INFN-Laboratori Nazionali di Legnaro, Viale dell'Università 2, 35020 Legnaro (PD), Italy.
Dipartimento di Fisica e Astronomia, Via Marzolo 8, 35131 Padova, Italy.

D Alesini (D)

INFN-Laboratori Nazionali di Frascati, Via Enrico Fermi 40, 00044 Roma, Italy.

C Braggio (C)

Dipartimento di Fisica e Astronomia, Via Marzolo 8, 35131 Padova, Italy.
INFN-Sezione di Padova, Via Marzolo 8, 35131 Padova, Italy.

G Carugno (G)

Dipartimento di Fisica e Astronomia, Via Marzolo 8, 35131 Padova, Italy.
INFN-Sezione di Padova, Via Marzolo 8, 35131 Padova, Italy.

D D'Agostino (D)

INFN-Sezione di Napoli, Via Cinthia, 80126 Napoli, Italy and Dipartimento di Fisica, Via Giovanni Paolo II 132, 84084 Fisciano (SA), Italy.

D Di Gioacchino (D)

INFN-Laboratori Nazionali di Frascati, Via Enrico Fermi 40, 00044 Roma, Italy.

P Falferi (P)

IFN-CNR, Fondazione Bruno Kessler, and INFN-TIFPA, Via alla Cascata 56, 38123 Povo (TN), Italy.

U Gambardella (U)

INFN-Sezione di Napoli, Via Cinthia, 80126 Napoli, Italy and Dipartimento di Fisica, Via Giovanni Paolo II 132, 84084 Fisciano (SA), Italy.

C Gatti (C)

INFN-Laboratori Nazionali di Frascati, Via Enrico Fermi 40, 00044 Roma, Italy.

G Iannone (G)

INFN-Sezione di Napoli, Via Cinthia, 80126 Napoli, Italy and Dipartimento di Fisica, Via Giovanni Paolo II 132, 84084 Fisciano (SA), Italy.

C Ligi (C)

INFN-Laboratori Nazionali di Frascati, Via Enrico Fermi 40, 00044 Roma, Italy.

A Lombardi (A)

INFN-Laboratori Nazionali di Legnaro, Viale dell'Università 2, 35020 Legnaro (PD), Italy.

A Ortolan (A)

INFN-Laboratori Nazionali di Legnaro, Viale dell'Università 2, 35020 Legnaro (PD), Italy.

R Pengo (R)

INFN-Laboratori Nazionali di Legnaro, Viale dell'Università 2, 35020 Legnaro (PD), Italy.

G Ruoso (G)

INFN-Laboratori Nazionali di Legnaro, Viale dell'Università 2, 35020 Legnaro (PD), Italy.

L Taffarello (L)

INFN-Sezione di Padova, Via Marzolo 8, 35131 Padova, Italy.

Classifications MeSH