暗物質是宇宙中不發射、吸收或反射光的物質，其中一種可能的暗物質候選者是暗光子，它是一種與標準模型粒子通過動力學混合相互作用的超輕質假想規范玻色子。最近，一組中國物理學家團隊提出了一種利用不同射電望遠鏡來直接探測超輕質暗光子暗物質的方法，他們的論文已發表在《物理評論快報》上。

什么是暗光子暗物質

暗物質是一種我們還沒有直接探測到的物質，它占據了宇宙中大約85%的物質。暗物質的存在主要是通過它對可見物質的引力作用來推斷的，比如它可以影響星系的旋轉速度和星系團的形成。暗物質的本質是什么，是現代物理學中最重要和最神秘的問題之一。

暗光子是一種假想的粒子，它和我們熟悉的光子很像，但是有一些不同之處。首先，暗光子有一定的質量，而光子是沒有質量的。其次，暗光子和普通物質之間的相互作用非常微弱，只通過一種叫作動力學混合的機制來實現。動力學混合就是說，暗光子和光子之間可以相互轉化，但是這種轉化的概率很小，取決于一個叫作動力學混合參數的常數。如果這個常數足夠小，那么暗光子就可以逃避我們目前的探測手段，成為一種可能的暗物質候選者。

如何用射電望遠鏡探測暗光子暗物質？

射電望遠鏡是一種用來觀測天空中射電波源的儀器，比如脈沖星、射電星系等。射電望遠鏡有一個天線，可以接收到來自不同方向和頻率的射電波信號，并將其轉化為電信號。如果我們的銀河系中存在著暗光子暗物質，那么當它通過射電望遠鏡的天線時，有一定的概率轉化為普通的光子，并產生一個單色的射電波信號。這個信號的頻率和強度取決于暗光子的質量和動力學混合參數。因此，如果我們能夠在射電望遠鏡的數據中找到這樣一個異常的信號，并排除其他可能的干擾源，那么我們就有可能直接探測到暗光子暗物質。

這篇論*做了什么？

這篇論文提出了一種新穎的方法，利用不同地點和時間的射電望遠鏡來搜索暗光子暗物質。作者指出，由于地球在太陽系中運動，導致我們觀測到的暗光子暗物質信號會隨著時間發生變化。同時，由于不同地點的射電望遠鏡接收到的信號會有一個相位差，導致信號會隨著方向發生變化。因此，如果我們能夠同時使用多個射電望遠鏡，并對比它們接收到的信號，那么我們就可以更容易地區分出真正來自暗光子暗物質的信號和其他可能的噪聲或干擾源。

作者使用了中國最大的單口徑射電望遠鏡FAST的觀測數據，對1-1.5 GHz范圍內的暗光子暗物質進行了搜索，并給出了動力學混合參數的上限約為10^-12，這比之前利用宇宙微波背景輻射給出的限制強了一個數量級。作者還預測了未來利用大規模干涉陣列射電望遠鏡LOFAR 和SKA1 可以達到多么高的靈敏度，并展示了從10 MHz 到10 GHz范圍內對暗光子暗物質進行全面覆蓋的可能性。

這篇論文有什么意義？

這篇論文展示了一種新穎且有效的方法，利用現有和未來建造的射電望遠鏡來直接探測超輕量級的暗光子暗物質。這種方法不僅可以提高探測靈敏度，還可以降低假陽性信號的可能性。如果成功探測到暗光子暗物質，那么將會是對現代物理學和宇宙學的一個重大突破，揭示了宇宙中最神秘和最豐富的成分之一。