Theoretical seminar | 16 January 2025

Разработаны прототипы приемных систем на основе массивов дипольных антенн [1] и метаматериала с кольцевыми антеннами и болометрами на холодных электронах [2]. Используя генератор на основе джозефсоновского контакта YBCO, измерены амплитудно-частотные характеристики приемников и продемонстрирована сверхширокая полоса приема от 150 до 550 ГГц [2]. Приемники с болометрами на холодных электронах могут быть использованы в качестве детекторов для поиска аксионов совместно с параболическими антеннами в виде воронки (проект BREAD) а также в качестве термометров совместно с поглотителями на основе тулиевого граната для поиска солнечных аксионов. Будет изложен текущий прогресс в области микроволновых детекторов одиночных фотонов диапазона частот 5-15 ГГц для поиска реликтовых аксионов [3,4]. Разработан, изготовлен и изучен прототип счетчика одиночных микроволновых фотонов на основе алюминиевого СИС-перехода, исследованы образцы с критическими токами от десятков нА до единиц мкА [5]. Достигнутые скорости темнового счета оказались намного ниже, чем ожидалось из существовавших ранее теорий, по причине работы СИС-перехода в режиме фазовой диффузии [3-5]. В качестве источников микроволновых фотонов используются синтезаторы, дающие пуассоновскую статистику фотонов и СВЧ-резонаторы, являющиеся источниками тепловых фотонов. Показано, что эффективность детектирования тепловых фотонов достигает 45%, при этом наблюдается супер-Пуассоновская статистика, подтверждающая их природу [4].

Main paper/arXiv, related to the seminar, and other references, up to 5

1. L.S. Kuzmin, A.L. Pankratov, A.V. Gordeeva, V.O. Zbrozhek, V.A. Shamporov, L.S. Revin, A.V. Blagodatkin, S. Masi, P. de Bernardis, Comm. Phys. 2, 104 (2019). https://www.nature.com/articles/s42005-019-0206-9
2. L.S. Revin, et. al, Phys. Rev. Appl. 22, 064040 (2024). http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevApplied.22.064040
3. A.L. Pankratov, L.S. Revin, A.V. Gordeeva, A.A. Yablokov, L.S. Kuzmin, E. Il’ichev, npj Quantum Inf. 8, 61 (2022). https://doi.org/10.1038/s41534-022-00569-5
4. A.L. Pankratov, et. al, https://doi.org/10.48550/arXiv.2404.10434
5. A.L. Pankratov, D.A. Ladeynov, L.S. Revin, A.V. Gordeeva, E.V. Il’ichev, Chaos, Solitons & Fractals 184, 114990 (2024). https://doi.org/10.1016/j.chaos.2024.114990

Wire media (WM) resonators have emerged as promising realization for plasma haloscopes - devices designed to detect axions, a potential component of dark matter. Key factors influencing the detection probability include cavity volume, resonance quality factor, and form factor. The talk discusses the benefits WM resonators present in terms of these parameters as well as various way of tuning we have explored in order to enable scanning for axions in a wide range of frequencies. The research is performed within the activity of the ALPHA Consortium.

Main paper/arXiv, related to the seminar, and other references, up to 5

Balafendiev, R., Simovski, C., Millar, A. J., & Belov, P. (2022). Wire metamaterial filled metallic resonators. Physical Review B, 106, 75106.
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.106.075106

Millar, A. J. et al. (2023). Searching for dark matter with plasma haloscopes. Phys. Rev. D, 107, 055013.
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.107.055013

Kowitt, N., Balafendiev, R., Sun, D., Wooten, M., Droster, A., Gorlach, M. A., . . . Belov, P. A. (2023). Tunable wire metamaterials for an axion haloscope. Phys. Rev. Appl., 20, 044051.
https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.20.044051

M. Lawson, A. J. Millar, M. Pancaldi, E. Vitagliano, and F. Wilczek. (2019). Tunable Axion Plasma Haloscopes, Phys. Rev. Lett. 123, 141802
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.123.141802

Jim A. Enriquez, Rustam Balafendiev, Alexander J. Millar, Constantin Simovski, Pavel Belov (2024). Uniform Field in Microwave Cavities Through the Use of Effective Magnetic Walls
https://arxiv.org/abs/2411.18474v3