北京大学在暗光子暗物质探测研究中取得重要进展

北京讯     暗物质是天文观测中发现的具有引力相互作用且不发光的未知物质。暗物质无法由标准模型解释，是当前粒子物理学领域最基本、最重要的问题之一。超轻质量的玻色子是一种有力的潜在暗物质，而暗光子正是其中的代表性粒子之一。作为超出标准模型理论的新粒子，暗光子通过与光子动能项的混合，具有和光子相似的电磁相互作用；与光子不同的是，暗光子本身具有质量（低于电子伏特），与带电粒子的相互作用远远小于光子。

北京大学物理学院、核物理与核技术国家重点实验室刘佳研究员等人提出，暗光子暗物质可在太阳日冕层中以共振的方式转化为光子；该光子的能量约等于暗光子的质量，同时其频谱峰宽非常窄，是良好的单频光谱信号。上述共振条件要求，太阳等离子体频率对应的质量与暗光子暗物质的质量相同。同时，只有太阳日冕层中的共振转化产生的光子能够穿过太阳大气层到达地球，该光子信号适合目前主流射电望远镜的探测频段。研究表明，已有的低频阵列射电望远镜（LOFAR）和在建的平方千米阵列射电望远镜（SKA）所能达到的探测精度将会优于宇宙背景辐射的间接限制，同时与地球暗物质直接探测有极好的互补效果。我国的500米口径球面射电望远镜（FAST）、明安图射电频谱日像仪（MUSER）和其他能够进行太阳物理观测的大科学装置在该类暗物质探测中也能起到重要作用。

暗光子暗物质在LOFAR和SKA射电望远镜及其他相关实验的探测精度

2021年5月5日，相关研究成果以“经过太阳的射电频率暗光子暗物质”（Radio-frequency dark photon dark matter across the sun）为题，发表于《物理评论快报》【Physical Review Letters 126, 181102 (2021)】。按照高能物理学界的惯例，清华大学安海鹏副教授、中山大学黄发朋副教授、北京大学物理学院刘佳研究员和佛罗里达大学薛巍助理教授作为论文作者，依姓氏英文字母顺序共同署名且贡献相同。上述工作得到国家自然科学基金、北京大学建设世界一流大学（学科）和特色发展引导专项等资助。（北大物理宣）