地面引力波实验LIGO、Virgo 和 KAGRA（LVK）合作组的一项最新研究利用引力波探测器直接搜寻超轻暗物质，并对可能的修正引力理论进行了检验。该研究近日在《物理评论快报》（Physical Review Letters）在线发表。该工作由中国科学院大学国际理论物理中心（亚太地区）Andrew L. Miller老师牵头，研究采用了三条相互独立的搜寻流水线：BSD超额功率（BSD excess-power）由Andrew L. Miller领导；互相关（Cross-correlation）由中心的郭怀珂老师、香港科技大学赵悦老师领导；对数功率谱密度（LPSD）由英国卡迪夫大学Alexandre S. Göttel博士领导。此外，主要参与者还包括中心博士后乔迈博士，以及来自北京大学、美国密歇根大学、佛罗里达大学、加州大学戴维斯分校、伊利诺伊大学、越南菲尼卡大学等机构的研究人员。

研究团队分析了第四次观测运行第一阶段（O4a，即协调世界时2023年5月24日至2024年1月16日）采集的数据，搜寻三类可能的超轻暗物质：被称为伸缩子（dilaton）的标量暗物质、矢量暗光子（dark photon）以及张量玻色子（tensor boson）。

超轻暗物质可能引起镜面位移或光学元件伸缩，地面引力波实验LIGO-Virgo-KAGRA合作组利用最新第四轮观测第一阶段（O4a）的数据，搜寻伸缩子、暗光子和张量暗物质

尽管此次搜寻没有发现暗物质存在的证据，但研究团队对这些粒子与普通物质及引力波干涉仪之间可能的相互作用给出了迄今最严格的一批限制。对于伸缩子暗物质，新限制较此前引力波实验给出的限制严格了约一个数量级；对于暗光子，在部分质量范围内，新限制比MICROSCOPE和Eöt-Wash等高精度等效原理检验实验的结果严格一至两个数量级。尤其值得关注的是，该研究首次利用引力波干涉仪对张量玻色子给出了限制，新限制较此前第五力实验的结果最多严格了约五个数量级。这类张量场广泛存在于多种修正引力理论中。因此，这一结果表明，原本为探测引力波而建造的高精度探测器不仅可以搜寻暗物质，还可用于检验修正引力理论，为探索引力领域的新物理提供新的途径。

该研究得到了国家自然科学基金项目、中国科学院专项项目的资助。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/qdnd-rsnh