基于光学原子钟比对改进超轻玻色子暗物质与光子耦合的限制

我们基于两个光学频率比的长期测量，给出了超轻玻色子暗物质与光子耦合的改进约束。在这些光学钟比对中，我们将 $^{171}$Yb$^{+}$ 中 ${}^2S_{1/2} (F=0)\leftrightarrow {}^2F_{7/2} (F=3)$ 电八极 (E3) 跃迁的频率与同一离子的 ${}^2S_{1/2} (F=0)\leftrightarrow \,{}^2D_{3/2} (F=2)$ 电四极 (E2) 跃迁的频率相关联，并与 $^{87}$Sr 中 ${}^1S_0\leftrightarrow\,{}^3P_0$ 跃迁的频率相关联。第一个频率比 $\nu_\textrm{E3}/\nu_\textrm{E2}$ 的测量通过在单个离子中对两个跃迁交替询问来进行。基于 E3 跃迁的单离子钟与锶光晶格钟的比对给出了第二个频率比 $\nu_\textrm{E3}/\nu_\textrm{Sr}$。通过这些测量结果约束精细结构常数 $\alpha$ 的振荡，我们改进了现有关于超轻暗物质与光子的标量耦合 $d_e$ 在暗物质质量约为 $10^{-24}-10^{-17}\,\textrm{eV}/c^2$ 范围内的界限。这些结果在该范围的大部分区间内比先前研究改进了一个数量级以上。我们还利用对 $\nu_\textrm{E3}/\nu_\textrm{E2}$ 的重复测量改进了关于 $\alpha$ 的线性时间漂移及其与引力耦合的现有限制。