激光干涉引力波探测器中暗物质的新特征信号

暗物质可能诱发物理“常数”（包括电磁精细结构常数与费米子质量）的表观时间变化。特别地，相干振荡的经典暗物质场可能诱发物理常数的表观时间振荡，而宏观暗物质物体（如拓扑缺陷）的通过可能诱发物理常数的表观瞬态变化。在本文中，我们指出在上述类型暗物质中，由于双臂激光干涉仪中分束器所产生的几何不对称性，可涌现出若干新特征信号。这些新信号包括：自由悬挂分束器的暗物质诱导时变尺寸变化及其分束与重组激光束的主反射面的关联时变偏移，以及自由悬挂分束器中的时变折射率变化和自由悬挂臂镜的时变尺寸变化。我们证明，现有地面实验已具备足够灵敏度，可探测涉及振荡标量暗物质场及由标量场构成的域壁的模型中大片未受约束的参数空间。对于振荡暗物质场，迈克尔逊干涉仪——尤其是 GEO600 探测器——尤为灵敏。法布里-珀罗-迈克尔逊干涉仪（包括 LIGO、VIRGO 和 KAGRA）对振荡暗物质场的灵敏度，可通过使两臂中自由悬挂的法布里-珀罗臂镜厚度不同而被显著提升。我们还讨论了如何利用小型迈克尔逊干涉仪（如费米实验室 holometer）进行振荡暗物质场的共振窄带搜索，从而增强对暗物质的灵敏度。