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Department of Physics & Astronomy

[유종희 교수/양병수 교수/안무현 학생] 초강력 고온 초전도 마그넷을 이용한 액시온 암흑물질 탐색 (Physics Review Letter and Physics Review D)

2022-12-05l 조회수 644

액시온은 양자색역학의 Strong-CP 문제를 해결하기위해 제안된 입자이고, 매우 강력한 암흑물질 후보다. 액시온은 자기장과 상호작용하여 전자기파로 변환되는 것으로 알려져 있는데, 이를 이용하여 우주에 분포한 액시온 암흑물질을 탐색할 있다. 연구팀은 액시온 암흑물질 탐색을 위해 18T 달하는 매우 강력한 초강력 고온초전도 마그넷을 사용하여 액시온과 자기장 간의 상호작용을 극대화했고, 초전도 양자신호 증폭기인Josephson Parametric Converter 사용하여 신호잡음을 극소화 하는데 성공했다. 이러한 액시온 탐색기를 사용하여 우리학교 명예교수인 김진의 교수가 1979 제안한 액시온 모형인 KSVZ 매개변수 영역을 탐색할 있는 초극한의 민감도를 구현했다. 또한 연구 결과는 비교적 무거운 액시온 질량영역인 ~20ueV 영역에서 세계 최초로 KSVZ영역을 탐색했다는 점에서 의미가 크다.

The axion has been postulated to solve the strong-CP problem in quantum chromodynamics, and it is a strong candidate for dark matter. Axion can couple to magnetic fields and convert to electromagnetic waves.  Using this property, one can probe the dark matter axions. Our research team built a dark matter axion detector with an 18T high-temperature superconducting solenoid magnet which maximizes the axion-to-photon conversion probability. A quantum amplifier (Josephson Parametric Converter) minimizes the noise rate to near the quantum limit. This new axion search detector achieved ultimate sensitivity, which can probe KSVZ axion model range; the model was proposed by Prof. JihnE Kim in 1979. The new results show the world's best sensitivity at ~20ueV of high mass axion model region.

PRL 128, 241805 (2022) https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.128.241805

PRD 106 092007 (2022) https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.106.092007