台灣軸子偵測實驗室TASEH首波物理結果-尋找質量為19.6 微電子伏特的軸子暗物質

軸子為熱門的暗物質候選人之一。在外加強磁場的影響之下，軸子有機會轉換成光子。如果偵測器裡的微波共振腔共振頻率對應到了光子頻率，經過低噪放大器的放大信號，有機會探測到軸子的存在。為探測軸子暗物質，台灣軸子偵測實驗室(TASEH)於2020年成立，由中央研究院物理研究所特聘研究員、同時也是中大物理系合聘的張元翰教授主持，另包括陳永富、余欣珊兩位中大物理系教授共同參與。TASEH團隊使用在2021年10月13日至11月15日間取得的首波數據，尋找了軸子暗物質。實驗結果排除了軸子-雙光子耦合常數大於8.1 x 10-14 GeV-1的理論模型。在19.4687 至19.7639微電子伏特這個質量範圍，TASEH團隊對理論模型的敏感度比之前實驗還要好三個數量級。成果已發表在Physical Review Letters (TASEH collaboration, PRL 129, 111802 (2022))等期刊。

為更積極發展軸子偵測實驗，TASEH團隊在2022年建置新的極低溫系統，提供更大的強磁場空間進行實驗。為提升偵測訊噪比，TASEH團隊正在努力整合Josephson parametric amplifier (JPA)至訊號放大鏈，發展JPA操作所需的磁場屏蔽裝置，並開發大體積微波共振腔偵測器。完成準備後，將進行第二次物理實驗，完成2.48–2.66 GHz頻段、達QCD理論靈敏度的軸子偵測搜尋，在偵測軸子暗物質研究做出更多重要貢獻。