反质子与类轴子暗物质相互作用的直接限制

天体物理观测表明，宇宙中的暗物质大约是普通重子物质的五倍，而宇宙能量内容中更大的一部分来自暗能量。到目前为止，这些暗成分的微观性质仍然笼罩在神秘之中。此外，即使是宇宙中百分之五的普通物质也尚未被理解，因为粒子物理标准模型缺乏对物质与反物质优势的任何一致解释。受现代物理学这些核心问题的启发，我们在此提出了一项对反物质与暗物质相互作用的直接搜索，并对超轻类轴子粒子（暗物质候选者之一）与反质子之间的相互作用施加了直接限制。如果反质子与这些暗物质粒子表现出比质子更强的耦合，那么这种CPT奇耦合可能为暗物质与宇宙中的重子不对称性提供联系。我们分析了在彭宁阱中捕获单个反质子获得的旋-翻共振数据[Smorra et al., Nature 550, 371 (2017)]的频域，以搜索来自超轻轴子的自旋进动效应，其特征频率由底层粒子的质量决定。我们的分析将轴子-反质子相互作用参数$f_a/C_{\overline{p}}$限制在$2 \times 10^{-23}$至$4 \times 10^{-17}\,$eV/$c^2$质量范围内大于0.1至0.6 GeV，比天体物理反质子界限提高了多达五个数量级。此外，我们推导了非最小标准模型扩展中六个先前未受约束的洛伦兹破坏和CPT破坏项组合的极限。