近日，我校物科院武雷教授课题组与合作者提出了利用地球表面和电离层之间形成的天然谐振腔作为寻找暗物质的新方法，为破解微带电暗物质的探测难题开辟了一条新路径。相关研究成果以“Geomagnetic Constraints on Millicharged Dark Matter”为题，于2026年1月27日发表在国际物理学顶级期刊《Physical Review Letters》。美国物理学会Physics栏目以“Earth’s Magnetic Field as Dark-Matter Sensor”为题进行了专题报道。

暗物质作为构成宇宙物质主体的关键成分，对宇宙结构的形成与演化起到了至关重要的作用，其本质的揭示被认为是现代物理学的核心挑战之一，是探索超出标准模型新物理的重要窗口。诸多的观测证据表明，暗物质粒子有质量、不带电、不参与强相互作用，但允许和标准模型粒子发生弱相互作用。在众多暗物质候选粒子中，微带电暗物质由于携带极其微小的电荷而备受瞩目，它可以在多个粒子物理标准模型扩展理论中自然出现，与光子发生极其微小的相互作用，相互作用大小由其携带电荷决定。此前，在超轻质量区间，通过恒星冷却等天体物理观测获得了对微带电暗物质所能携带电荷的最强限制。但是，其观测具有不确定性，于是探索具有更高灵敏度的地面实验探测方案成为重点和难点。

（a）原理示意图            （b）对暗物质电荷与质量的限制结果

尽管微带电暗物质的电荷量微乎其微，当它们以弥漫在银河系中的“暗物质风”形式扫过地球磁场时，它们会彼此湮灭并在地球表面产生一种准静态、单色的振荡磁场信号，其振荡频率由微带电暗物质粒子质量的两倍决定。利用SuperMAG和SNIPE Hunt合作组提供的公开地磁场观测数据，研究团队对质量在10^-18 eV至10^-15 eV范围内的玻色型微带电暗物质，给出了迄今国际最严格的电荷量上限。这一新限制比以往通过恒星冷却等天体物理观测所获得的限制，足足提高了13个数量级，为探测微带电暗物质提供了全新的方案。

该研究工作由南京师范大学、北京大学、中国科学院紫金山天文台、烟台大学等多家单位共同完成。我院Ariel Arza副教授、博士生龚远林为论文共同第一作者，武雷教授为共同通讯作者，课题组得到国家自然科学基金面上项目、重点项目、国家级青年人才项目等资助。

论文链接：https://doi.org/10.1103/8xqd-dbrz

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