科研动态｜我院王为教授团队在粒子物理领域发表重要成果

　　近日，我院王为教授团队PandaX实验合作组开展了MeV/c2尺度下的类轴子和暗光子吸收信号搜寻，研究取得了突破性进展。合作组利用PandaX-4T探测器共计440公斤·年曝光量的数据，在大部分质量区间内对类轴子/暗光子与电子的耦合常数设定了迄今最严格的排除限制。这也是世界上首次利用大质量液氙探测器对MeV/c2尺度下的类轴子/暗光子信号搜寻。该工作发表在了国际权威期刊《Physical Review Letters》上。

　　天文与宇宙学观测为暗物质的存在提供了坚实证据，类轴子与暗光子作为轻质量暗物质候选者，可缓解星系核心密度过高等小尺度结构问题而备受关注。与主流暗物质候选粒子WIMP通过核或电子的散射信号不同，类轴子/暗光子可通过独特的吸收信号进行直接探测。例如，类似于光电效应的轴电效应会导致ALPs被探测器靶物质吸收，产生与ALPs静止质量对应的单能信号。

　　针对30 keV/c2至1MeV/c2的暗物质质量区间，本研究开展了类轴子/暗光子在液氙探测器内的吸收信号搜寻。研究通过对较长寿命的氙同位素本底的时间演化分析优化了本底模型，并构造似然函数对能谱进行拟合分析，同时引入探测器能量响应模型的卷积处理，优化了系统不确定性的评估。实验未观测到显著超出本底预期的信号，由此推导出类轴子/暗光子与电子耦合常数在90%置信水平的上限如图2所示。特别是在150–400 keV/c²质量区间内，排除限制可比已有国际最好结果平均提升约4倍。

图1. PandaX实验试运行数据（左）和第一批物理运行数据（右）的能谱拟合结果。

图2. 类轴子（上）和暗光子（下）与电子耦合常数的排除曲线。红色线为PandaX-4T实验的最新研究结果。

　　研究结果以“Search for MeV-Scale Axionlike Particles and Dark Photons with PandaX-4T”为题近期发表在国际权威期刊《Physical Review Letters》上。我院王为教授团队李涛博士后为论文第一作者，我校物理学院肖翔副教授、上海交通大学韩柯教授、王少博副教授为共同通讯作者。本研究工作得到了中国锦屏地下实验室的大力协助，以及国家自然科学基金委、科技部、中国博士后科学基金会、上海市科技厅、香港鸿文基金会、新基石科学基金会和阳阳发展基金等的资助。

附论文原文链接：

https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.134.071004

图文：李涛

初审：周越

审核：刘李云

审核发布：王为、徐瑶