近日，物理学系杨峤立研究员与国内其它单位联合在物理期刊《Physics Review D, Letter》上发表论文《Dark photon constraints from a 7.139 GHz cavity haloscope experiment》(Phys.Rev.D 110 (2024) 2, L021101)。论文为APEX合作组（Axion and dark Photon EXperiments collaboration），即由中科院理论物理研究所，物理所，高能所，中科院大学，湖南师范大学，四川大学，北京工业大学，上海交通大学，西安工业大学，国家天文台，暨南大学等单位联合完成，论文第一作者为湖南师范大学贺东同学，中科院理论所李田军研究员为项目组首席，杨峤立研究员为论文共同通讯作者。本文的发表标志着我国对暗光子暗物质探测的全面展开。

实验探测了7.139 GHz频率的暗光子，构建了一个极低温制冷环境，将微波腔放置在接近22毫开尔文的极低温环境中。信号首先通过一个超导高电子迁移率晶体管（HEMT）放大器进行放大，然后通过一系列微波循环器和隔离器，以防止放大器向腔体注入噪声。信号在室温下进一步放大，然后通过频谱分析仪等进行测量。

实验中没有观测到统计学上显著的信号，因此研究团队得出结论，对质量在29.5eV附近的暗光子和光子的混合参数设定了一个约小于10^-13的90%置信水平的上限。这个限制比之前国际上在相同频率范围内对暗光子暗物质的约束要严格大约一个数量级。

暗光子是非常有潜力的暗物质候选者，通过动力学混合可以转化为光子。通过这次实验，研究者们为APEX项目奠定了理论指引、实验操作、数据采集和分析的基础。本次实验在29.5微电子伏特频率范围内对暗光子暗物质的约束比国际上其它研究组的结果灵敏度高出一个数量级。未来APEX项目计划实施腔体扫描，增加可用频率范围，添加磁场，采取双路量子干涉等进阶方案。此外，本文的仪器校准部分发表于《Chinese Physics C》(Chin.Phys.C 48 (2024) 7, 073004)。

(a)暗光子的动力学混合角和质量的排除区间（蓝色为本次实验）(b)国际其它实验组的结果对比。

杨峤立研究员课题组一直聚焦暗物质方向的研究，该研究得到了中国科学院科学仪器开发项目、中国科学院国际伙伴计划、国家自然科学基金等多个项目的支持。

论文链接 https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.110.L021101

图文：杨峤立

校对：陈科球

初审：黄晶晶

终审：幸江涛