Axionic dark matter searches with Josephson junctions and SQUIDS - PowerPoint PPT Presentation

Axionic dark matter searches with Josephson junctions and 1 2 3 4 5 6 SQUIDS Axionic dark matter searches with Josephson junctions and SQUIDS Christian Beck Queen Mary, University of London 1

Axionic dark matter searches with Josephson junctions and 1 2 3 4 5 6 SQUIDS Axionic dark matter searches with Josephson junctions and SQUIDS Christian Beck Queen Mary, University of London 1

Contents 1 Introduction: Astrophysical evidence for dark matter 2 Two main candidates for dark matter particles: WIMPS and axions 3 Searching for axions and axion-like particles in the lab 4 Josephson junctions as axion detectors 5 An observed axion candidate signal in S/N/S Josephson junctions C. Beck, Phys. Rev. Lett. 111, 231801 (2013) 6 Recent developments and Summary 2

Axionic dark matter searches with Josephson junctions and 1 2 3 4 5 6 SQUIDS 1 Introduction: Astrophysical evidence for dark matter observational evidence for dark matter from galaxy rotation curves, grav- itational lensing, CMB, structure formation, ... 3

Axionic dark matter searches with Josephson junctions and 1 2 3 4 5 6 SQUIDS 2 Two main candidates for dark matter particles: WIMPS and axions • WIMPS (weakly interacting particles): mass ∼ 100 GeV motivated by supersymmetry (lightest supersymmetric particle should be stable) • axions: mass ∼ 100 µeV motivated by Standard Model of Particle Physics, no supersymmetry needed (solution of strong CP problem) • Both are cold dark dark matter (CDM) but with subtle differences for halo physics. Axions most likely to form a very cold quantum liquid, a Bose-Einstein condensate (Sikivie et al 2009) 4

Axionic dark matter searches with Josephson junctions and 1 2 3 4 5 6 SQUIDS 2 Two main candidates for dark matter particles: WIMPS and axions • WIMPS (weakly interacting particles): mass ∼ 100 GeV motivated by supersymmetry (lightest supersymmetric particle should be stable) • axions: mass ∼ 100 µeV motivated by Standard Model of Particle Physics, no supersymmetry needed (solution of strong CP problem) • Both are cold dark dark matter (CDM) but with subtle differences for halo physics. Axions most likely to form a very cold quantum liquid, a Bose-Einstein condensate (Sikivie et al 2009) Original motivation for axions: QCD (Peccei Quinn 1977). 4

�������������������� ������������������������������������������������ � �������������������� � � ��� ��� � ������ � � � � � �� �� � � � � � �� � � � � � � � � � ��������������������� ����������������� ������ ����������������������������������������������������������� � � �� � �� � �� � �� � � � � � � � � �� � � � � � � � �� �� �������� ������ ���������� �� � � �� �� ��������������������� ��������� � ����������� � � 5

������������������� ���������������������� ������������ ������������� �������������������������������������������������������������� � � � � � � � � � � � � � � � � ���������������������� � � � �� � � � � ���������������������� � � � � �������������������������� ���������������������� ������������������ ����������������������������������� � � �� � ����� ��� � ������� ������������������������������� � � � �� � � � � � ��� � � � � � � � � � � � � � ����� � � � � � � � � � ��� � � � � � �� ����������������������������������������������������� � ����������������������������������������������� � � � 6

������������������������������������������������ ������������������������������������������������������� � ������������������ � ���������������������������������������������������� �������������������� �� ���������������������������������������� � � � ����� ��� ����� � ����� � ���� �� ������������������� ������������������������ ����� ��� ����������� ���������������������� ������������������������ �� � � � � ���������������������� ���������������������� � ��� � � � � � � � � � ���������������� � � � � � ����������������� � � �� � � � � Pictures courtesy of Y. Wong, Aachen 7

Axionic dark matter searches with Josephson junctions and 1 2 3 4 5 6 SQUIDS 8

9

3 Searching for axions and axion-like particles in the lab ����������������������������� �������������������������������������������������� � � � � �� � �� � � � � � � � � � � � � � � �� � � ��������������������������������������������������������������������� � ��������������������� ������������ ���������������� � �� ����������������������������������� ��������������� ����������������������������������� ����������� ������������� � ������������������ � 10

������������������������������� ��������� ������� ��������������������������������� � ���������� �������� ������������������������������� � � 11

� ����� � ���� � ������� � ��������������� ������������������������ ���������������������������������������� ����������������������������������������� ������������������� �� ��� � ��� � � � �� �� � ���� � � � � �� ������ � ����������� � � 12