Search for ultralight axion dark matter in a side-band analysis of a $^{199}$Hg free-spin precession signal - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue SciPost Physics Année : 2023

Search for ultralight axion dark matter in a side-band analysis of a $^{199}$Hg free-spin precession signal

C. Abel
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N.J. Ayres
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G. Bison
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K. Bodek
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V. Bondar
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E. Chanel
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C.B. Crawford
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M. Daum
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S. Emmenegger
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W.C. Griffith
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P.G. Harris
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K. Kirch
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S. Komposch
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P.A. Koss
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J. Krempel
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B. Lauss
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D. Pais
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F.M. Piegsa
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M. Rawlik
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D. Ries
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D. Rozpedzik
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P. Schmidt-Wellenburg
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N. Severijns
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Y.V. Stadnik
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J.A. Thorne
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A. Weis
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E. Wursten
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J. Zejma
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Résumé

Ultra-low-mass axions are a viable dark matter candidate and may form a coherently oscillating classical field. Nuclear spins in experiments on Earth might couple to this oscillating axion dark-matter field, when propagating on Earth's trajectory through our Galaxy. This spin coupling resembles an oscillating pseudo-magnetic field which modulates the spin precession of nuclear spins. Here we report on the null result of a demonstration experiment searching for a frequency modulation of the free spin-precession signal of \magHg in a \SI1{\micro\tesla} magnetic field. Our search covers the axion mass range $10^{-16}~\textrm{eV} \lesssim m_a \lesssim 10^{-13}~\textrm{eV}$ and achieves a peak sensitivity to the axion-nucleon coupling of $g_{aNN} \approx 3.5 \times 10^{-6}~\textrm{GeV}^{-1}$.

Dates et versions

hal-03908193 , version 1 (20-12-2022)

Identifiants

Citer

C. Abel, N.J. Ayres, G. Ban, G. Bison, K. Bodek, et al.. Search for ultralight axion dark matter in a side-band analysis of a $^{199}$Hg free-spin precession signal. SciPost Physics, 2023, 15 (2), pp.058. ⟨10.21468/SciPostPhys.15.2.058⟩. ⟨hal-03908193⟩
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