大量的天文学和宇宙学的观测表明今天宇宙中约1/4的能量密度以暗物质的形式存在。但目前人类对暗物质的粒子物理属性还知之甚少。对暗物质粒子物理性质的研究是当今粒子物理学、天文学和宇宙学的重要研究方向。随着人类对暗物质研究的深入，近年来，以轴子和暗光子为代表的超轻玻色子暗物质模型得到了越来越多的关注。

暗光子是一种有质量的矢量粒子，它和光子之间可以存在动力学混合。通过这个混合光子和暗光子之间可以发生相互转化。在等离子体中，当等离子体频率等于暗光子的质量时，暗物质中的暗光子可以共振转化为单频的光子信号。安海鹏副教授和中山大学的黄发朋副教授、北京大学的刘佳研究员、佛罗里达大学的薛巍助理教授于2021年共同提出了利用这一原理来观测在太阳的日冕层中发生共振转化的暗光子暗物质信号（Physical Review Letters 126, 181102 (2021)）。研究表明LOFAR望远镜和未来的SKA望远镜具有利用这一方法寻找暗光子暗物质的能力。

近日，安海鹏副教授和格拉斯哥大学的陈星瑶博士、北京大学的葛帅良博士、刘佳研究员、研究生罗彦对太阳日冕层的小尺度扰动进行了更细致的研究，证明了之前的研究结果在日冕层存在小尺度扰动的情况下依然是适用的，并将研究结果应用到LOFAR望远镜的观测数据中，取得了对康普顿频率在30 MHz到60 MHz之间（质量区间约为1.2 x 10^-7 eV到 2.4 x 10^-7 eV）暗光子暗物质的目前最强的实验限制。该研究利用实验数据进一步验证了利用射电望远镜在太阳系等离子体中寻找暗光子暗物质共振转化信号的可行性。

Figure 1 暗光子和光子在太阳的日冕层共振转化的示意图。图中黑色曲线代表暗光子，橘黄色曲线代表光子，地球上的小方块为LOFAR天线阵列的示意图。

Figure 2 利用LOFAR数据得到的对暗光子暗物质模型的实验限制。纵轴中ε为光子和暗光子的动力学混合，横轴为暗光子的质量。

这个结果以“Searching for ultralight dark matter conversion in solar corona using Low Frequency Array data”为题发表于2024年1月31日出版的《自然•通讯》（Nature Communications 15, 915 (2024)）。按照高能物理惯例，作者按姓氏英文字母顺序排列。该研究得到国家自然科学基金、科技部、清华大学笃实计划、北京大学高能物理研究中心、北京大学博雅博士后、博士后国际交流计划引进项目、北京大学建设世界一流大学（学科）和特色发展引导专项等资助。

供稿｜安海鹏课题组

编辑｜骆洁

审核｜宋灿立