自发现星系旋转曲线异常后，暗物质作为宇宙中的重要组分被提出。了解暗物质的本质有助于我们理解宇宙的结构和演化历史，在粒子物理研究中也具有重要意义。暗光子作为一种假想的U(1)对称群的规范玻色子，是标准模型的简单拓展，也是暗物质可能的候选者之一。探测暗光子已经成为当前的重要课题，多种方法已被用于搜索暗光子暗物质，比如碟形天线、地磁场、原子光谱、射电望远镜、原子磁力计等。

     广泛用于加速器和量子计算的超导射频腔也可以成为强大的玻色子暗物质探测器。通过微弱的动力学耦合，暗光子能够与普通光子相互作用，从而转化为一个微弱的有效电流，激励起腔内的电磁场，并被灵敏的功率探测器等所探测到。当暗光子的频率与谐振腔的本征频率相等时，上述过程所激发的信号将会被共振放大，且这一放大能力正比于谐振腔的品质因子。成射频超导腔体的高品质因子约比传统微波腔高出五个数量级，因此在探测暗光子的微弱信号上极具优势。

图1：左：安装有调谐器的单腔图片， 右：实验电路设计图

    中国科学院大学国际理论物理中心（亚太地区）博士研究生王博与北京大学舒菁教授课题组展开合作研究，依托SHANHE实验室，使单腔超导射频腔工作在2K的液氦低温环境中，通过一系列高增益低噪声放大器来提高信噪比。该研究首次将机械调谐器应用于超导腔对暗物质的搜寻，在初始频率近似fmax≃1.299 GHz下，进行了1150次扫描，覆盖了1.37 MHz的频率范围。实验用到的腔及调谐装置见图1左图，实验线路搭建见图1右图。此外，针对超导腔专门设计了新颖的数据分析策略，确保了暗光子暗物质搜索的扫描速度全球领先。

图2：本研究中基于射频超导腔扫描搜索对暗光子暗物质动力学混合系数 ϵ 的90%排除限制（红色）

图3：在现有约束的更广泛背景下，与本研究结果进行比较

    研究发现，在绝大多数扫描质量范围内，取得了暗光子动力学混合系数 ϵ 的最严格限制，最强的限制结果达到了ϵ∼2.2×10^(-16)，如图2所示。图3展示了当前全球多个科研团队对暗光子动力学混合系数的限制情况。由此可见，本研究得到了目前同波段最强的限制结果。相关论文发表在国际一流期刊Phys. Rev. Lett. 133, 021005 (2024)上。

   中国科学院大学 国际理论物理中心（亚太地区）博士研究生王博在该研究中做出了重要贡献，是本文共同第一作者，北京大学博雅教授舒菁为通讯作者。相关合作单位还有尼尔斯·玻尔研究所，中国科学院理论物理研究所，中国科学院高能物理研究所，以及北京量子信息科学研究院。