ADAMOS

ADAMOS: Axion Daily Modulation Searches

ADAMOS ist ein neu entwickeltes Axion-Haloskop mit fester Frequenz, das an der Universität Hamburg aufgebaut wurde, um Axionen bei etwa ∼ 20 GHz (∼ 83 meV) zu untersuchen. Das Experiment nutzt ein innovatives Mikrowellenresonator-Design, das in einem 14 Tesla supraleitenden Solenoidmagneten am Institut für Experimentalphysik installiert ist. Diese Geometrie ermöglicht auch bei hohen Frequenzen ein großes effektives Detektionsvolumen und eröffnet damit den Zugang zu einem Parameterraum, der sowohl durch Lattice QCD-Berechnungen als auch durch die Phänomenologie von Axion-Quark-Nuggets (AQN) stark motiviert ist.

Ein zentrales Merkmal von ADAMOS ist die kontinuierlich kalibrierte HF-Signalkette, bei der ein Pilotton eingespeist und periodische Y-Faktor-Messungen direkt in situ durchgeführt werden, um temperaturabhängige Drifts der Verstärkerkette zu unterdrücken. ADAMOS ist so ausgelegt, dass drei komplementäre Suchkanäle gleichzeitig und ohne hardwareseitige Umkonfiguration unterstützt werden:
(1) kalte DM Axionen durch Betrieb bei hohen Frequenzen (~ 20 GHz) mit heterodynem Down-Conversion-Verfahren in ein Analyseband bei ~ 10 MHz,
(2) tageszeitlich modulierte relativistische Axionen, wie sie aus der Annihilation von Axion-Quark-Nuggets (AQN) erwartet werden, während sich die Erde relativ zum galaktischen Wind dreht, und
(3) kurzzeitige transiente Signale mit hoher spektraler Auflösung aus strömender Dunkler Materie, die potenziell durch gravitative Fokussierung im Sonnensystem verstärkt werden.
Ein dedizierter EMI/EMC-Veto-Kanal, der eine identische heterodyne Signalkette nutzt, ermöglicht darüber hinaus die robuste Identifikation und Unterdrückung umgebungsbedingter Störsignale.

Die Inbetriebnahme läuft derzeit, mit besonderem Fokus auf der Optimierung der Resonatorkopplung, der Überprüfung der thermischen Stabilität und der Verstärkungsstabilität sowie der Feinabstimmung der Kalibrationskadenz. Der Beginn der vollständigen wissenschaftlichen Datennahme ist für Anfang 2026 vorgesehen. Die Plattform etabliert damit in Deutschland eine hochfrequente und hochstabile Axionsuche in einem bislang unerforschten Bereich des Axion-Parameterraums.

Abbildung 7:

Oben: In CST erstelltes Modell zur Simulation von Eigenmoden und Feldverteilungen.
Unten: Vorläufiges mechanisches Design in FreeCAD. Die Geometrie besteht aus zwei konzentrischen Zylindern mit einem Spalt von 7,5 mm, der das Volumen der TM₀₁₀-Mode definiert.

Abbildung 8:

Projizierte Sensitivität von ADAMOS (blau) für 30 Tage Integrationszeit für CDM-Axionen bei 20 GHz, im Vergleich zu bestehenden Ausschlussgrenzen anderer Haloskope (rot) sowie astrophysikalischen Limits (grün). Zusätzlich ist der theoretisch erwartete QCD-Axion-Bereich dargestellt (orange). Die Abbildung ist adaptiert aus C. O’Hare, AxionLimits, Zenodo (2020), doi: 10.5281/zenodo.3932430.

• M. Maroudas, “Axion, ALP, and HFGW Searches Across Complementary Experimental Frontiers”, 20th Patras Workshop on Axions, WIMPs and WISPs, Lisbon, 24–26 Sept 2025. https://agenda.infn.it/event/46273/contributions/269303/

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