中国物理学家尝试用射电望远镜破解暗物质之谜

暗物质是宇宙中不发射、吸收或反射光的物质，其中一种可能的暗物质候选者是暗光子，它是一种与标准模型粒子通过动力学混合相互作用的超轻质假想规范玻色子。最近，一组中国物理学家团队提出了一种利用不同射电望远镜来直接探测超轻质暗光子暗物质的方法，他们的论文已发表在《物理评论快报》上。

什么是暗光子暗物质

暗物质是一种我们还没有直接探测到的物质，它占据了宇宙中大约85%的物质。暗物质的存在主要是通过它对可见物质的引力作用来推断的，比如它可以影响星系的旋转速度和星系团的形成。暗物质的本质是什么，是现代物理学中最重要和最神秘的问题之一。

暗光子是一种假想的粒子，它和我们熟悉的光子很像，但是有一些不同之处。首先，暗光子有一定的质量，而光子是没有质量的。其次，暗光子和普通物质之间的相互作用非常微弱，只通过一种叫作动力学混合的机制来实现。动力学混合就是说，暗光子和光子之间可以相互转化，但是这种转化的概率很小，取决于一个叫作动力学混合参数的常数。如果这个常数足够小，那么暗光子就可以逃避我们目前的探测手段，成为一种可能的暗物质候选者。
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如何用射电望远镜探测暗光子暗物质？

射电望远镜是一种用来观测天空中射电波源的仪器，比如脉冲星、射电星系等。射电望远镜有一个天线，可以接收到来自不同方向和频率的射电波信号，并将其转化为电信号。如果我们的银河系中存在着暗光子暗物质，那么当它通过射电望远镜的天线时，有一定的概率转化为普通的光子，并产生一个单色的射电波信号。这个信号的频率和强度取决于暗光子的质量和动力学混合参数。因此，如果我们能够在射电望远镜的数据中找到这样一个异常的信号，并排除其他可能的干扰源，那么我们就有可能直接探测到暗光子暗物质。

这篇论*做了什么？

这篇论文提出了一种新颖的方法，利用不同地点和时间的射电望远镜来搜索暗光子暗物质。作者指出，由于地球在太阳系中运动，导致我们观测到的暗光子暗物质信号会随着时间发生变化。同时，由于不同地点的射电望远镜接收到的信号会有一个相位差，导致信号会随着方向发生变化。因此，如果我们能够同时使用多个射电望远镜，并对比它们接收到的信号，那么我们就可以更容易地区分出真正来自暗光子暗物质的信号和其他可能的噪声或干扰源。

作者使用了中国最大的单口径射电望远镜FAST的观测数据，对1-1.5 GHz范围内的暗光子暗物质进行了搜索，并给出了动力学混合参数的上限约为10^-12，这比之前利用宇宙微波背景辐射给出的限制强了一个数量级。作者还预测了未来利用大规模干涉阵列射电望远镜LOFAR 和SKA1 可以达到多么高的灵敏度，并展示了从10 MHz 到10 GHz范围内对暗光子暗物质进行全面覆盖的可能性。

这篇论文有什么意义？

这篇论文展示了一种新颖且有效的方法，利用现有和未来建造的射电望远镜来直接探测超轻量级的暗光子暗物质。这种方法不仅可以提高探测灵敏度，还可以降低假阳性信号的可能性。如果成功探测到暗光子暗物质，那么将会是对现代物理学和宇宙学的一个重大突破，揭示了宇宙中最神秘和最丰富的成分之一。