以地球作为暗光子暗物质探测的换能器

我们提出利用地球作为超轻暗物质探测的换能器。具体而言，我们指出动力学混合暗光子暗物质的一个新颖信号：在地球表面产生的单色振荡磁场。类似于屏蔽盒（或腔体）中实验室实验的信号，该信号的产生是因为低层大气是夹在下方高导电地球内部与上方电离层或行星际介质之间的低电导率空气间隙。在低质量（频率）下，实验室探测器中的信号通常按探测器尺寸乘以暗物质质量被压低。关键在于，在我们的情况中，压低因子是地球半径，而非（小得多的）大气高度。我们计算了磁场信号的大小和全球矢量模式，从而能够利用分布在地球表面的非屏蔽磁力计对该信号进行灵敏搜寻。原则上，我们计算的信号存在于质量范围 $10^{-21} \text{eV}\lesssim m_{A'} \lesssim 3\times 10^{-14} \text{eV}$ 内的任意暗光子。我们总结了姊妹论文 [arXiv:2108.08852] 的结果，其中我们使用来自 SuperMAG Collaboration 的公开数据集详述了此类搜寻：我们未报告可靠的信号候选者，从而在（更有限的）暗光子暗物质质量范围 $2\times 10^{-18} \text{eV} \lesssim m_{A'} \lesssim 7\times 10^{-17} \text{eV}$（对应频率 $6\times 10^{-4} \text{Hz}\lesssim f \lesssim 2\times 10^{-2} \text{Hz}$）内给出了约束。这些约束与现有的天体物理界限互补。未来对该信号的搜寻可能在宽泛的超轻暗物质候选者与质量范围内提高灵敏度。