Космологический аксионный саровский галоскоп (CASH): поиск аксионов темной материи, темных фотонов и высокочастотных гравитационных волн ниже квантового предела

Твердо установленная в астрофизических наблюдениях темная материя до сих пор ускользает от прямого детектирования в экспериментах. Аксионы и аксионоподобные частицы, а также темные фотоны являются одними из основных кандидатов на роль темной материи, и было предпринято множество попыток обнаружить их в лабораторных условиях.

В проекте Космологического аксионного саровского галоскопа (Cosmological Axion Sarov Haloscope, CASH) мы предлагаем существенно продвинуть эти усилия, расширив чувствительность к аксионной темной материи в диапазоне масс 38–54 мкэВ до уровня констант связи аксион — фотон, предсказываемых общими моделями аксионов квантовой хромодинамики.

Ключевыми элементами эксперимента являются однофотонные детекторы на основе джозефсоновских переходов, работающие при сверхнизких температурах 20 мК, которые преодолевают стандартный квантовый предел.

Прогнозируемая чувствительность будет достигнута за один год набора данных с магнитным полем 1–10 Тл, что сделает CASH наиболее чувствительным галоскопом в этом диапазоне масс. Кроме того, установка CASH будет чувствительна к высокочастотным гравитационным волнам, которые могут преобразовываться в фотоны в сильном магнитном поле.