2000 character limit reached
Detecting Quadratically Coupled Ultra-light Dark Matter with Stimulated Annihilation
Published 16 Aug 2023 in hep-ph and astro-ph.CO | (2308.08477v3)
Abstract: Ultra-light Dark Matter (ULDM) is one of the most promising DM candidates. Due to the Bose enhancement, we find the annihilation rate of the ULDM in the presence of background photon radiation can be greatly enhanced and produce a distinctive reflected electromagnetic wave with an angular frequency equal to the ULDM mass. We propose to utilize such stimulated annihilation to probe the ULDM with the electromagnetic quadratic coupling by emitting a beam of radio into space. With a power of 50 MW emitter, we forecast the sensitivity of quadratic coupling in different local halo models for low-frequency radio telescopes, such as LOFAR, UTR-2 and ngLOBO.
- L. F. Abbott and P. Sikivie, Phys. Lett. B 120, 133 (1983).
- M. Dine and W. Fischler, Phys. Lett. B 120, 137 (1983).
- B. Batell and A. Ghalsasi, Phys. Rev. D 107, L091701 (2023), arXiv:2109.04476 [hep-ph] .
- E. G. M. Ferreira, Astron. Astrophys. Rev. 29, 7 (2021), arXiv:2005.03254 [astro-ph.CO] .
- A. Amruth et al., Nature Astron. 7, 736 (2023), arXiv:2304.09895 [astro-ph.CO] .
- R. D. Peccei and H. R. Quinn, Phys. Rev. Lett. 38, 1440 (1977a).
- R. D. Peccei and H. R. Quinn, Phys. Rev. D 16, 1791 (1977b).
- S. Weinberg, Phys. Rev. Lett. 40, 223 (1978).
- F. Wilczek, Phys. Rev. Lett. 40, 279 (1978).
- M. S. Turner, Phys. Rev. D 33, 889 (1986).
- M. Pato and F. Iocco, Astrophys. J. Lett. 803, L3 (2015), arXiv:1504.03317 [astro-ph.GA] .
- L. D. Duffy and P. Sikivie, Phys. Rev. D 78, 063508 (2008), arXiv:0805.4556 [astro-ph] .
- N. Banik and P. Sikivie, Phys. Rev. D 93, 103509 (2016), arXiv:1511.05947 [astro-ph.CO] .
- A. Derevianko and M. Pospelov, Nature Phys. 10, 933 (2014), arXiv:1311.1244 [physics.atom-ph] .
- Y. V. Stadnik and V. V. Flambaum, Phys. Rev. Lett. 115, 201301 (2015a), arXiv:1503.08540 [astro-ph.CO] .
- Y. V. Stadnik, Phys. Rev. Lett. 131, 011001 (2023), arXiv:2206.10808 [hep-ph] .
- Y. V. Stadnik and V. V. Flambaum, Phys. Rev. Lett. 114, 161301 (2015b), arXiv:1412.7801 [hep-ph] .
- A. A. Geraci and A. Derevianko, Phys. Rev. Lett. 117, 261301 (2016), arXiv:1605.04048 [physics.atom-ph] .
- H. Grote and Y. V. Stadnik, Phys. Rev. Res. 1, 033187 (2019), arXiv:1906.06193 [astro-ph.IM] .
- S. M. Vermeulen et al.,  (2021), 10.1038/s41586-021-04031-y, arXiv:2103.03783 [gr-qc] .
- K. A. Olive and M. Pospelov, Phys. Rev. D 77, 043524 (2008), arXiv:0709.3825 [hep-ph] .
- A. Berlin, Phys. Rev. Lett. 117, 231801 (2016), arXiv:1608.01307 [hep-ph] .
- A. Khmelnitsky and V. Rubakov, JCAP 02, 019 (2014), arXiv:1309.5888 [astro-ph.CO] .
- P. Athron et al., JHEP 05, 159 (2021), arXiv:2007.05517 [astro-ph.CO] .
- R. Oswald et al., Phys. Rev. Lett. 129, 031302 (2022), arXiv:2111.06883 [hep-ph] .
- Q. Yang and S. Dong, Phys. Lett. B 843, 138004 (2023), arXiv:1912.11472 [hep-ph] .
- T. W. Kephart and T. J. Weiler, Phys. Rev. Lett. 58, 171 (1987).
- T. W. Kephart and T. J. Weiler, Phys. Rev. D 52, 3226 (1995).
- A. Hook, Phys. Rev. Lett. 120, 261802 (2018), arXiv:1802.10093 [hep-ph] .
- A. Arza and P. Sikivie, Phys. Rev. Lett. 123, 131804 (2019), arXiv:1902.00114 [hep-ph] .
- A. Arza and E. Todarello, Phys. Rev. D 105, 023023 (2022), arXiv:2108.00195 [hep-ph] .
- P. Sikivie and Q. Yang, Phys. Rev. Lett. 103, 111301 (2009), arXiv:0901.1106 [hep-ph] .
- E. W. Kolb and I. I. Tkachev, Phys. Rev. Lett. 71, 3051 (1993), arXiv:hep-ph/9303313 .
- T. Gherghetta and A. Shkerin,  (2023), arXiv:2305.06441 [hep-ph] .
- M. P. van Haarlem et al., Astronomy & Astrophysics 556, A2 (2013), arXiv:1305.3550 [astro-ph.IM] .
- A. Konovalenko et al., Experimental Astronomy 42, 11 (2016).
- B. W. Stappers et al., Astronomy & Astrophysics 530, A80 (2011), arXiv:1104.1577 [astro-ph.IM] .
- S. Ellingson, IEEE Transactions on Antennas and Propagation 53, 2480 (2005).
- ESA, Gaia data release scenario .
Paper Prompts
Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.
Top Community Prompts
Collections
Sign up for free to add this paper to one or more collections.