Abbott, R. et al. (2022) Constraints on dark photon dark matter using data from LIGO’s and Virgo’s third observing run. Physical Review D, 105(6), 063030. (doi: 10.1103/PhysRevD.105.063030)
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Text
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Abstract
We present a search for dark photon dark matter that could couple to gravitational-wave interferometers using data from Advanced LIGO and Virgo's third observing run. To perform this analysis, we use two methods, one based on cross-correlation of the strain channels in the two nearly aligned LIGO detectors, and one that looks for excess power in the strain channels of the LIGO and Virgo detectors. The excess power method optimizes the Fourier Transform coherence time as a function of frequency, to account for the expected signal width due to Doppler modulations. We do not find any evidence of dark photon dark matter with a mass between m_{\rm A} \sim 10^{-14}-10^{-12} eV/c^2, which corresponds to frequencies between 10-2000 Hz, and therefore provide upper limits on the square of the minimum coupling of dark photons to baryons, i.e. U(1)_{\rm B} dark matter. For the cross-correlation method, the best median constraint on the squared coupling is \sim1.31\times10^{-47} at m_{\rm A}\sim4.2\times10^{-13} eV/c^2; for the other analysis, the best constraint is \sim1.2\times10^{-47} at m_{\rm A}\sim5.7\times10^{-13} eV/c^2. These limits improve upon those obtained in direct dark matter detection experiments by a factor of \sim100 for m_{\rm A}\sim [2-4]\times 10^{-13} eV/c^2.
| Item Type: | Articles |
|---|---|
| Keywords: | Dark matter, gravitational wave detectors. |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes |
| Glasgow Author(s) Enlighten ID: | Grant, Mr Alastair and Spencer, Dr Andrew and Messenger, Dr Christopher and Masso Reid, Ms Mariela and Williams, Dr Daniel and Toland, Dr Karl and Hayes, Dr Fergus and Hammond, Professor Giles and Barr, Dr Bryan and Cummings, Ms Rebecca and Oelker, Dr Eric and Steinlechner, Dr Jessica and Veitch, Dr John and Linley, Mr Jethro and Kinley-Hanlon, Maya Marie Antoinette and Heng, Professor Ik Siong and Dupej, Peter and Tait, Dr Simon and Briggs, Mr Joseph and Webster, Dr Stephen and Hendry, Professor Martin and Scott, Dr Jamie and Rowan, Professor Sheila and Garcia Nunez, Dr Carlos and Martin, Dr Iain and Robertson, Professor Norna and Mukherjee, Dr Arunava and Cumming, Dr Alan and Gabbard, Mr Hunter and Cunningham, Dr Liam and Gray, Dr Rachel and Woan, Professor Graham and Steinlechner, Dr Sebastian and Datrier, Ms Laurence and Hough, Professor James and Huttner, Dr Sabina and Bayley, Mr Joseph and Callaghan, Mr Jack and Strain, Professor Kenneth and Eddolls, Graeme and Jones, Mr Russell and Williams, Michael and De Lillo, Nicola and Haughian, Dr Karen and McGhee, Graeme and Murray, Dr Peter and Barton, Dr Mark |
| Authors: | Abbott, R., Abbott, T. D., Acernese, F., Ackley, K., Adams, C., Adhikari, N., Adhikari, R. X., Adya, V. B., Affeldt, C., Agarwal, D., Agathos, M., Agatsuma, K., Aggarwal, N., Aguiar, O. D., Aiello, L., Ain, A., Ajith, P., Akutsu, T., Albanesi, S., Allocca, A., Altin, P. A., Amato, A., Anand, C., Anand, S., Ananyeva, A., Anderson, S. B., Anderson, W. G., Ando, M., Andrade, T., Andres, N., Andrić, T., Angelova, S. V., Ansoldi, S., Antelis, J. M., Antier, S., Appert, S., Arai, K., Arai, K., Arai, Y., Araki, S., Araya, A., Araya, M. C., Areeda, J. S., Arène, M., Aritomi, N., Arnaud, N., Aronson, S. M., Arun, K. G., Asada, H., Asali, Y., Ashton, G., Aso, Y., Assiduo, M., Aston, S. M., Astone, P., Aubin, F., Austin, C., Babak, S., Badaracco, F., Bader, M. K. M., Badger, C., Bae, S., Bae, Y., Baer, A. M., Bagnasco, S., Bai, Y., Baiotti, L., Baird, J., Bajpai, R., Ball, M., Ballardin, G., Ballmer, S. W., Balsamo, A., Baltus, G., Banagiri, S., Bankar, D., Barayoga, J. 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| Subjects: | Q Science > QB Astronomy Q Science > QC Physics |
| College/School: | College of Science and Engineering > School of Physics and Astronomy College of Science and Engineering > School of Engineering > Electronics and Nanoscale Engineering |
| Research Centre: | College of Science and Engineering > School of Physics and Astronomy > Institute for Gravitational Research |
| Research Group: | Institute for Gravitational Research |
| Journal Name: | Physical Review D |
| Publisher: | American Physical Society |
| ISSN: | 2470-0010 |
| ISSN (Online): | 2470-0029 |
| Published Online: | 31 March 2022 |
| Copyright Holders: | Copyright © 2022 American Physical Society |
| First Published: | First published in Physical Review D 105(6): 063030 |
| Publisher Policy: | Reproduced in accordance with the publisher copyright policy |
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