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Resonant Conversion of Wave Dark Matter in the Ionosphere
Physical Review Letters ( IF 8.1 ) Pub Date : 2024-12-17 , DOI: 10.1103/physrevlett.133.251001 Carl Beadle, Andrea Caputo, Sebastian A. R. Ellis
Physical Review Letters ( IF 8.1 ) Pub Date : 2024-12-17 , DOI: 10.1103/physrevlett.133.251001 Carl Beadle, Andrea Caputo, Sebastian A. R. Ellis
We consider resonant wavelike dark matter conversion into low-frequency radio waves in the Earth’s ionosphere. Resonant conversion occurs when the dark matter mass and the plasma frequency coincide, defining a range mDM∼10−9–10−8eV where this approach is best suited. Owing to the nonrelativistic nature of dark matter and the typical variational scale of the Earth’s ionosphere, the standard linearized approach to computing dark matter conversion is not suitable. We therefore solve a second-order boundary-value problem, effectively framing the ionosphere as a driven cavity filled with a positionally varying plasma. An electrically small dipole antenna targeting the generated radio waves can be orders of magnitude more sensitive to dark photon and axionlike particle dark matter in the relevant mass range. This Letter opens up a promising way of testing hitherto unexplored parameter space that could be further improved with a dedicated instrument. Published by the American Physical Society 2024
中文翻译:
电离层中波暗物质的共振转换
我们认为共振波状暗物质在地球电离层中转化为低频无线电波。当暗物质质量和等离子体频率重合时,就会发生共振转换,定义了这种方法最适合的 mDM∼10-9-10-8eV 范围。由于暗物质的非相对论性质和地球电离层的典型变分尺度,计算暗物质转换的标准线性化方法并不合适。因此,我们解决了一个二阶边界值问题,有效地将电离层构建为一个充满位置变化等离子体的驱动腔。针对产生的无线电波的电小偶极子天线对相关质量范围内的暗光子和轴子状粒子暗物质的敏感度可能高出几个数量级。这封信开辟了一种有前途的方法来测试迄今为止未开发的参数空间,可以通过专用仪器进一步改进。 美国物理学会 2024 年出版
更新日期:2024-12-17
中文翻译:
电离层中波暗物质的共振转换
我们认为共振波状暗物质在地球电离层中转化为低频无线电波。当暗物质质量和等离子体频率重合时,就会发生共振转换,定义了这种方法最适合的 mDM∼10-9-10-8eV 范围。由于暗物质的非相对论性质和地球电离层的典型变分尺度,计算暗物质转换的标准线性化方法并不合适。因此,我们解决了一个二阶边界值问题,有效地将电离层构建为一个充满位置变化等离子体的驱动腔。针对产生的无线电波的电小偶极子天线对相关质量范围内的暗光子和轴子状粒子暗物质的敏感度可能高出几个数量级。这封信开辟了一种有前途的方法来测试迄今为止未开发的参数空间,可以通过专用仪器进一步改进。 美国物理学会 2024 年出版