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中國科學(xué)院紫金山天文臺研究員黃曉淵與清華大學(xué)、北京大學(xué)合作，提出利用射電望遠鏡直接尋找暗光子暗物質(zhì)的新方法。5月2日，相關(guān)研究成果以《利用射電望遠鏡直接探測暗光子暗物質(zhì)》（Direct detection of dark photon dark matter using radio telescopes）為題，發(fā)表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。該論文被列為物理學(xué)特別推薦（Featured in Physics），并得到美國物理學(xué)會（APS）的推薦報道。 

暗物質(zhì)是一種在天文觀測中被發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)，具有引力作用但不發(fā)光，占據(jù)宇宙總能量的27%。關(guān)于暗物質(zhì)的粒子物理性質(zhì)的研究是當(dāng)前粒子物理和宇宙學(xué)最重要的研究課題之一。超輕暗光子作為暗物質(zhì)的候選者越來越被物理學(xué)家重視。 

20世紀60年代初，彭齊亞斯和威爾遜在進行射電天文學(xué)研究時意外發(fā)現(xiàn)了一個低水平的背景噪音。后來，這個噪音被證實是宇宙微波背景輻射，是早期灼熱宇宙膨脹的重要證據(jù)之一。超輕暗光子通過與光子的動力學(xué)混合，呈現(xiàn)出類似光子的電磁相互作用。作為彌散在宇宙中的暗物質(zhì)的候選者，超輕暗光子暗物質(zhì)可表現(xiàn)出類似于宇宙微波背景輻射的行為。如果現(xiàn)代射電望遠鏡仔細聆聽，可能會聽到來自黑暗世界微妙的聲音。 

暗光子暗物質(zhì)可以在地面上的射電望遠鏡的反射板或偶極天線上引起電子振蕩，從而在望遠鏡的探測器上產(chǎn)生單頻射電信號，其輻射頻率與暗光子質(zhì)量根據(jù)質(zhì)能方程轉(zhuǎn)換得到的特征頻率相同。利用我國500米口徑球面射電望遠鏡（中國天眼，F(xiàn)AST）的觀測數(shù)據(jù)，黃曉淵與合作者在1-1.5GHz尋找暗光子暗物質(zhì)產(chǎn)生的信號，給出了這個頻率范圍內(nèi)對暗光子暗物質(zhì)的最強實驗限制。已有的低頻陣列射電望遠鏡（LOFAR）、在建的平方千米陣列射電望遠鏡（SKA）以及未來FAST望遠鏡將能夠達到更高的靈敏度，有發(fā)現(xiàn)此類暗物質(zhì)的潛力。 

研究工作得到國家自然科學(xué)基金、科技部、中國科學(xué)院、江蘇省、清華大學(xué)、北京大學(xué)等的支持。 

（左）暗光子暗物質(zhì)在FAST鏡面上轉(zhuǎn)化成普通光子的示意圖；（右）本文結(jié)果對暗光子暗物質(zhì)的限制（圖中標注“FAST”部分）。相關(guān)成果已被暗光子綜述網(wǎng)站收錄。 

來源：中國科學(xué)院紫金山天文臺

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