Oscillating Nuclear Charge Radii as Sensors for Ultralight Dark Matter
Notice bibliographique
Résumé
We show that coupling of ultralight dark matter (UDM) to quarks and gluons would lead to an oscillation of the nuclear charge radius for both the quantum chromodynamic (QCD) axion and scalar dark matter, an effect which is of particular importance for heavy elements. Consequently, the resulting oscillation of electronic energy levels could be resolved with optical atomic clocks, and their comparisons can be used to investigate UDM nuclear couplings, which were previously only accessible with other platforms. We demonstrate this idea using the <a:math xmlns:a="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <a:mrow> <a:msub> <a:mrow> <a:mmultiscripts> <a:mrow> <a:mi>S</a:mi> </a:mrow> <a:mprescripts/> <a:none/> <a:mrow> <a:mn>2</a:mn> </a:mrow> </a:mmultiscripts> </a:mrow> <a:mrow> <a:mn>1</a:mn> <a:mo>/</a:mo> <a:mn>2</a:mn> </a:mrow> </a:msub> <a:mo stretchy="false">(</a:mo> <a:mi>F</a:mi> <a:mo>=</a:mo> <a:mn>0</a:mn> <a:mo stretchy="false">)</a:mo> <a:mo stretchy="false">↔</a:mo> <a:msub> <a:mrow> <a:mmultiscripts> <a:mrow> <a:mi>F</a:mi> </a:mrow> <a:mprescripts/> <a:none/> <a:mrow> <a:mn>2</a:mn> </a:mrow> </a:mmultiscripts> </a:mrow> <a:mrow> <a:mn>7</a:mn> <a:mo>/</a:mo> <a:mn>2</a:mn> </a:mrow> </a:msub> <a:mo stretchy="false">(</a:mo> <a:mi>F</a:mi> <a:mo>=</a:mo> <a:mn>3</a:mn> <a:mo stretchy="false">)</a:mo> </a:mrow> </a:math> electric octupole and <h:math xmlns:h="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <h:mrow> <h:msub> <h:mrow> <h:mmultiscripts> <h:mrow> <h:mi>S</h:mi> </h:mrow> <h:mprescripts/> <h:none/> <h:mrow> <h:mn>2</h:mn> </h:mrow> </h:mmultiscripts> </h:mrow> <h:mrow> <h:mn>1</h:mn> <h:mo>/</h:mo> <h:mn>2</h:mn> </h:mrow> </h:msub> <h:mo stretchy="false">(</h:mo> <h:mi>F</h:mi> <h:mo>=</h:mo> <h:mn>0</h:mn> <h:mo stretchy="false">)</h:mo> <h:mo stretchy="false">↔</h:mo> <h:msub> <h:mrow> <h:mmultiscripts> <h:mrow> <h:mi>D</h:mi> </h:mrow> <h:mprescripts/> <h:none/> <h:mrow> <h:mn>2</h:mn> </h:mrow> </h:mmultiscripts> </h:mrow> <h:mrow> <h:mn>3</h:mn> <h:mo>/</h:mo> <h:mn>2</h:mn> </h:mrow> </h:msub> <h:mo stretchy="false">(</h:mo> <h:mi>F</h:mi> <h:mo>=</h:mo> <h:mn>2</h:mn> <h:mo stretchy="false">)</h:mo> </h:mrow> </h:math> electric quadrupole transitions in <o:math xmlns:o="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <o:mrow> <o:mmultiscripts> <o:mrow> <o:msup> <o:mrow> <o:mi>Yb</o:mi> </o:mrow> <o:mrow> <o:mo>+</o:mo> </o:mrow> </o:msup> </o:mrow> <o:mprescripts/> <o:none/> <o:mrow> <o:mn>171</o:mn> </o:mrow> </o:mmultiscripts> </o:mrow> </o:math> . Based on the derived sensitivity coefficients for these two transitions and a long-term comparison of their frequencies using a single trapped <q:math xmlns:q="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <q:mrow> <q:mmultiscripts> <q:mrow> <q:msup> <q:mrow> <q:mi>Yb</q:mi> </q:mrow> <q:mrow> <q:mo>+</q:mo> </q:mrow> </q:msup> </q:mrow> <q:mprescripts/> <q:none/> <q:mrow> <q:mn>171</q:mn> </q:mrow> </q:mmultiscripts> </q:mrow> </q:math> ion, we find bounds on the scalar UDM-nuclear couplings and the QCD axion decay constant. These results are at a similar level compared to the tightest spectroscopic limits, and future investigations, also with other optical clocks, promise significant improvements.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».