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 mA∼10-14-10-11 eV/c2, 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)B dark matter. For the cross-correlation method, the best median constraint on the squared coupling is ∼1.31×10-47 at mA∼4.2×10-13 eV/c2; for the other analysis, the best constraint is ∼2.4×10-47 at mA∼5.7×10-13 eV/c2. These limits improve upon those obtained in direct dark matter detection experiments by a factor of ∼100 for mA∼[2-4]×10-13 eV/c2, and are, in absolute terms, the most stringent constraint so far in a large mass range mA∼2×10-13-8×10-12 eV/c2.
| Original language | English |
|---|---|
| Article number | 063030 |
| Journal | Physical Review D |
| Volume | 105 |
| Issue number | 6 |
| Early online date | 31 Mar 2022 |
| DOIs | |
| Publication status | Published - 31 Mar 2022 |
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- 2022 03 08 Abbott et al Constraints acceptedAccepted author manuscript, 1.38 MB
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In: Physical Review D, Vol. 105, No. 6, 063030, 31.03.2022.
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T1 - Constraints on dark photon dark matter using data from LIGO's and Virgo's third observing run
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AU - Landry, M.
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AU - Lang, R. N.
AU - Lange, J.
AU - Lantz, B.
AU - La Rosa, I.
AU - Lartaux-Vollard, A.
AU - Lasky, P. D.
AU - Laxen, M.
AU - Lazzarini, A.
AU - Lazzaro, C.
AU - Leaci, P.
AU - Leavey, S.
AU - Lecoeuche, Y. K.
AU - Lee, H. K.
AU - Lee, H. M.
AU - Lee, H. W.
AU - Lee, J.
AU - Lee, K.
AU - Lee, R.
AU - Lehmann, J.
AU - Lemaître, A.
AU - Leonardi, M.
AU - Leroy, N.
AU - Letendre, N.
AU - Levesque, C.
AU - Levin, Y.
AU - Leviton, J. N.
AU - Leyde, K.
AU - Li, A. K. Y.
AU - Li, B.
AU - Li, J.
AU - Li, K. L.
AU - Li, T. G. F.
AU - Li, X.
AU - Lin, C-Y.
AU - Lin, F-K.
AU - Lin, F-L.
AU - Lin, H. L.
AU - Lin, L. C.-C.
AU - Linde, F.
AU - Linker, S. D.
AU - Linley, J. N.
AU - Littenberg, T. B.
AU - Liu, G. C.
AU - Liu, J.
AU - Liu, K.
AU - Liu, X.
AU - Llamas, F.
AU - Llorens-Monteagudo, M.
AU - Lo, R. K. L.
AU - Lockwood, A.
AU - London, L. T.
AU - Longo, A.
AU - Lopez, D.
AU - Lopez Portilla, M.
AU - Lorenzini, M.
AU - Loriette, V.
AU - Lormand, M.
AU - Losurdo, G.
AU - Lott, T. P.
AU - Lough, J. D.
AU - Lousto, C. O.
AU - Lovelace, G.
AU - Lucaccioni, J. F.
AU - Lück, H.
AU - Lumaca, D.
AU - Lundgren, A. P.
AU - Luo, L.-W.
AU - Lynam, J. E.
AU - Macas, R.
AU - MacInnis, M.
AU - Macleod, D. M.
AU - MacMillan, I. A. O.
AU - Macquet, A.
AU - Magaña Hernandez, I.
AU - Magazzù, C.
AU - Magee, R. M.
AU - Maggiore, R.
AU - Magnozzi, M.
AU - Mahesh, S.
AU - Majorana, E.
AU - Makarem, C.
AU - Maksimovic, I.
AU - Maliakal, S.
AU - Malik, A.
AU - Man, N.
AU - Mandic, V.
AU - Mangano, V.
AU - Mango, J. L.
AU - Mansell, G. L.
AU - Manske, M.
AU - Mantovani, M.
AU - Mapelli, M.
AU - Marchesoni, F.
AU - Marchio, M.
AU - Marion, F.
AU - Mark, Z.
AU - Márka, S.
AU - Márka, Z.
AU - Markakis, C.
AU - Markosyan, A. S.
AU - Markowitz, A.
AU - Maros, E.
AU - Marquina, A.
AU - Marsat, S.
AU - Martelli, F.
AU - Martin, I. W.
AU - Martin, R. M.
AU - Martinez, M.
AU - Martinez, V. A.
AU - Martinez, V.
AU - Martinovic, K.
AU - Martynov, D. V.
AU - Marx, E. J.
AU - Masalehdan, H.
AU - Mason, K.
AU - Massera, E.
AU - Masserot, A.
AU - Massinger, T. J.
AU - Masso-Reid, M.
AU - Mastrogiovanni, S.
AU - Matas, A.
AU - Mateu-Lucena, M.
AU - Matichard, F.
AU - Matiushechkina, M.
AU - Mavalvala, N.
AU - McCann, J. J.
AU - McCarthy, R.
AU - McClelland, D. E.
AU - McClincy, P. K.
AU - McCormick, S.
AU - McCuller, L.
AU - McGhee, G. I.
AU - McGuire, S. C.
AU - McIsaac, C.
AU - McIver, J.
AU - McRae, T.
AU - McWilliams, S. T.
AU - Meacher, D.
AU - Mehmet, M.
AU - Mehta, A. K.
AU - Meijer, Q.
AU - Melatos, A.
AU - Melchor, D. A.
AU - Mendell, G.
AU - Menendez-Vazquez, A.
AU - Menoni, C. S.
AU - Mercer, R. A.
AU - Mereni, L.
AU - Merfeld, K.
AU - Merilh, E. L.
AU - Merritt, J. D.
AU - Merzougui, M.
AU - Meshkov, S.
AU - Messenger, C.
AU - Messick, C.
AU - Meyers, P. M.
AU - Meylahn, F.
AU - Mhaske, A.
AU - Miani, A.
AU - Miao, H.
AU - Michaloliakos, I.
AU - Michel, C.
AU - Michimura, Y.
AU - Middleton, H.
AU - Milano, L.
AU - Miller, A. L.
AU - Miller, A.
AU - Miller, B.
AU - Millhouse, M.
AU - Mills, J. C.
AU - Milotti, E.
AU - Minazzoli, O.
AU - Minenkov, Y.
AU - Mio, N.
AU - Mir, Ll M.
AU - Miravet-Tenes, M.
AU - Mishra, C.
AU - Mishra, T.
AU - Mistry, T.
AU - Mitra, S.
AU - Mitrofanov, V. P.
AU - Mitselmakher, G.
AU - Mittleman, R.
AU - Miyakawa, O.
AU - Miyamoto, A.
AU - Miyazaki, Y.
AU - Miyo, K.
AU - Miyoki, S.
AU - Mo, Geoffrey
AU - Moguel, E.
AU - Mogushi, K.
AU - Mohapatra, S. R. P.
AU - Mohite, S. R.
AU - Molina, I.
AU - Molina-Ruiz, M.
AU - Mondin, M.
AU - Montani, M.
AU - Moore, C. J.
AU - Moraru, D.
AU - Morawski, F.
AU - More, A.
AU - Moreno, C.
AU - Moreno, G.
AU - Mori, Y.
AU - Morisaki, S.
AU - Moriwaki, Y.
AU - Mours, B.
AU - Mow-Lowry, C. M.
AU - Mozzon, S.
AU - Muciaccia, F.
AU - Mukherjee, Arunava
AU - Mukherjee, D.
AU - Mukherjee, Soma
AU - Mukherjee, Subroto
AU - Mukherjee, Suvodip
AU - Mukund, N.
AU - Mullavey, A.
AU - Munch, J.
AU - Muñiz, E. A.
AU - Murray, P. G.
AU - Musenich, R.
AU - Muusse, S.
AU - Nadji, S. L.
AU - Nagano, K.
AU - Nagano, S.
AU - Nagar, A.
AU - Nakamura, K.
AU - Nakano, H.
AU - Nakano, M.
AU - Nakashima, R.
AU - Nakayama, Y.
AU - Napolano, V.
AU - Nardecchia, I.
AU - Narikawa, T.
AU - Naticchioni, L.
AU - Nayak, B.
AU - Nayak, R. K.
AU - Negishi, R.
AU - Neil, B. F.
AU - Neilson, J.
AU - Nelemans, G.
AU - Nelson, T. J. N.
AU - Nery, M.
AU - Neubauer, P.
AU - Neunzert, A.
AU - Ng, K. Y.
AU - Ng, S. W.S.
AU - Nguyen, C.
AU - Nguyen, P.
AU - Nguyen, T.
AU - Nguyen Quynh, L.
AU - Ni, W.-T.
AU - Nichols, S. A.
AU - Nishizawa, A.
AU - Nissanke, S.
AU - Nitoglia, E.
AU - Nocera, F.
AU - Norman, M
AU - North, C.
AU - Nozaki, S.
AU - Nuttall, L. K.
AU - Oberling, J.
AU - O'Brien, B. D.
AU - Obuchi, Y.
AU - O'Dell, J.
AU - Oelker, E.
AU - Ogaki, W.
AU - Oganesyan, G.
AU - Oh, J. J.
AU - Oh, K.
AU - Oh, S. H.
AU - Ohashi, M.
AU - Ohishi, N.
AU - Ohkawa, M.
AU - Ohme, F.
AU - Ohta, H.
AU - Okada, M. A.
AU - Okutani, Y.
AU - Okutomi, K.
AU - Olivetto, C.
AU - Oohara, K.
AU - Ooi, C.
AU - Oram, R.
AU - O'Reilly, B.
AU - Ormiston, R. G.
AU - Ormsby, N. D.
AU - Ortega, L. F.
AU - O'Shaughnessy, R.
AU - O'Shea, E.
AU - Oshino, S.
AU - Ossokine, S.
AU - Osthelder, C.
AU - Otabe, S.
AU - Ottaway, D. J.
AU - Overmier, H.
AU - Pace, A. E.
AU - Pagano, G.
AU - Page, M. A.
AU - Pagliaroli, G.
AU - Pai, A.
AU - Pai, S. A.
AU - Palamos, J. R.
AU - Palashov, O.
AU - Palomba, C.
AU - Pan, H.
AU - Pan, K.
AU - Panda, P. K.
AU - Pang, H.
AU - Pang, P. T. H.
AU - Pankow, C.
AU - Pannarale, F.
AU - Pant, B. C.
AU - Panther, F. H.
AU - Paoletti, F.
AU - Paoli, A.
AU - Paolone, A.
AU - Parisi, A.
AU - Park, H.
AU - Park, J.
AU - Parker, W.
AU - Pascucci, D.
AU - Pasqualetti, A.
AU - Passaquieti, R.
AU - Passuello, D.
AU - Patel, M.
AU - Pathak, M.
AU - Patricelli, B.
AU - Patron, A. S.
AU - Patrone, S.
AU - Paul, S.
AU - Payne, E.
AU - Pedraza, M.
AU - Pegoraro, M.
AU - Pele, A.
AU - Peña Arellano, F. E.
AU - Penn, S.
AU - Perego, A.
AU - Pereira, A.
AU - Pereira, T.
AU - Perez, C. J.
AU - Périgois, C.
AU - Perkins, C. C.
AU - Perreca, A.
AU - Perriès, S.
AU - Petermann, J.
AU - Petterson, D.
AU - Pfeiffer, H. P.
AU - Pham, K. A.
AU - Phukon, K. S.
AU - Piccinni, O. J.
AU - Pichot, M.
AU - Piendibene, M.
AU - Piergiovanni, F.
AU - Pierini, L.
AU - Pierro, V.
AU - Pillant, G.
AU - Pillas, M.
AU - Pilo, F.
AU - Pinard, L.
AU - Pinto, I. M.
AU - Pinto, M.
AU - Piotrzkowski, K.
AU - Pirello, M.
AU - Pitkin, M. D.
AU - Placidi, E.
AU - Planas, L.
AU - Plastino, W.
AU - Pluchar, C.
AU - Poggiani, R.
AU - Polini, E.
AU - Pong, D. Y. T.
AU - Ponrathnam, S.
AU - Popolizio, P.
AU - Porter, E. K.
AU - Poulton, R.
AU - Powell, J.
AU - Pracchia, M.
AU - Pradier, T.
AU - Prajapati, A. K.
AU - Prasai, K.
AU - Prasanna, R.
AU - Pratten, G.
AU - Principe, M.
AU - Prodi, G. A.
AU - Prokhorov, L.
AU - Prosposito, P.
AU - Prudenzi, L.
AU - Puecher, A.
AU - Punturo, M.
AU - Puosi, F.
AU - Puppo, P.
AU - Pürrer, M.
AU - Qi, H.
AU - Quetschke, V.
AU - Quitzow-James, R.
AU - Raab, F. J.
AU - Raaijmakers, G.
AU - Radkins, H.
AU - Radulesco, N.
AU - Raffai, P.
AU - Rail, S. X.
AU - Raja, S.
AU - Rajan, C.
AU - Ramirez, K. E.
AU - Ramirez, T. D.
AU - Ramos-Buades, A.
AU - Rana, J.
AU - Rapagnani, P.
AU - Rapol, U. D.
AU - Ray, A.
AU - Raymond, V.
AU - Raza, N.
AU - Razzano, M.
AU - Read, J.
AU - Rees, L. A.
AU - Regimbau, T.
AU - Rei, L.
AU - Reid, S.
AU - Reid, S. W.
AU - Reitze, D. H.
AU - Relton, P.
AU - Renzini, A.
AU - Rettegno, P.
AU - Rezac, M.
AU - Ricci, F.
AU - Richards, D.
AU - Richardson, J. W.
AU - Richardson, L.
AU - Riemenschneider, G.
AU - Riles, K.
AU - Rinaldi, S.
AU - Rink, K.
AU - Rizzo, M.
AU - Robertson, N. A.
AU - Robie, R.
AU - Robinet, F.
AU - Rocchi, A.
AU - Rodriguez, S.
AU - Rolland, L.
AU - Rollins, J. G.
AU - Romanelli, M.
AU - Romano, R.
AU - Romel, C. L.
AU - Romero-Rodriguez, A.
AU - Romero-Shaw, I. M.
AU - Romie, J. H.
AU - Ronchini, S.
AU - Rosa, L.
AU - Rose, C. A.
AU - Rosińska, D.
AU - Ross, M. P.
AU - Rowan, S.
AU - Rowlinson, S. J.
AU - Roy, S.
AU - Roy, Santosh
AU - Roy, Soumen
AU - Rozza, D.
AU - Ruggi, P.
AU - Ryan, K.
AU - Sachdev, S.
AU - Sadecki, T.
AU - Sadiq, J.
AU - Sago, N.
AU - Saito, S.
AU - Saito, Y.
AU - Sakai, K.
AU - Sakai, Y.
AU - Sakellariadou, M.
AU - Sakuno, Y.
AU - Salafia, O. S.
AU - Salconi, L.
AU - Saleem, M.
AU - Salemi, F.
AU - Samajdar, A.
AU - Sanchez, E. J.
AU - Sanchez, J. H.
AU - Sanchez, L. E.
AU - Sanchis-Gual, N.
AU - Sanders, J. R.
AU - Sanuy, A.
AU - Saravanan, T. R.
AU - Sarin, N.
AU - Sassolas, B.
AU - Satari, H.
AU - Sathyaprakash, B. S.
AU - Sato, S.
AU - Sato, T.
AU - Sauter, O.
AU - Savage, R. L.
AU - Sawada, T.
AU - Sawant, D.
AU - Sawant, H. L.
AU - Sayah, S.
AU - Schaetzl, D.
AU - Scheel, M.
AU - Scheuer, J.
AU - Schiworski, M.
AU - Schmidt, P.
AU - Schmidt, S.
AU - Schnabel, R.
AU - Schneewind, M.
AU - Schofield, R. M. S.
AU - Schönbeck, A.
AU - Schulte, B. W.
AU - Schutz, B. F.
AU - Schwartz, E.
AU - Scott, J.
AU - Scott, S. M.
AU - Seglar-Arroyo, M.
AU - Sekiguchi, T.
AU - Sekiguchi, Y.
AU - Sellers, D.
AU - Sengupta, A. S.
AU - Sentenac, D.
AU - Seo, E. G.
AU - Sequino, V.
AU - Sergeev, A.
AU - Setyawati, Y.
AU - Shaffer, T.
AU - Shahriar, M. S.
AU - Shams, B.
AU - Shao, L.
AU - Sharma, A.
AU - Sharma, P.
AU - Shawhan, P.
AU - Shcheblanov, N. S.
AU - Shibagaki, S.
AU - Shikauchi, M.
AU - Shimizu, R.
AU - Shimoda, T.
AU - Shimode, K.
AU - Shinkai, H.
AU - Shishido, T.
AU - Shoda, A.
AU - Shoemaker, D. H.
AU - Shoemaker, D. M.
AU - ShyamSundar, S.
AU - Sieniawska, M.
AU - Sigg, D.
AU - Singer, L. P.
AU - Singh, D.
AU - Singh, N.
AU - Singha, A.
AU - Sintes, A. M.
AU - Sipala, V.
AU - Skliris, V.
AU - Slagmolen, B. J. J.
AU - Slaven-Blair, T. J.
AU - Smetana, J.
AU - Smith, J. R.
AU - Smith, R. J. E.
AU - Soldateschi, J.
AU - Somala, S. N.
AU - Somiya, K.
AU - Son, E. J.
AU - Soni, K.
AU - Soni, S.
AU - Sordini, V.
AU - Sorrentino, F.
AU - Sorrentino, N.
AU - Sotani, H.
AU - Soulard, R.
AU - Souradeep, T.
AU - Sowell, E.
AU - Spagnuolo, V.
AU - Spencer, A. P.
AU - Spera, M.
AU - Srinivasan, R.
AU - Srivastava, A. K.
AU - Srivastava, V.
AU - Staats, K.
AU - Stachie, C.
AU - Steer, D. A.
AU - Steinlechner, J.
AU - Steinlechner, S.
AU - Stops, D. J.
AU - Stover, M.
AU - Strain, K. A.
AU - Strang, L. C.
AU - Stratta, G.
AU - Strunk, A.
AU - Sturani, R.
AU - Stuver, A. L.
AU - Sudhagar, S.
AU - Sudhir, V.
AU - Sugimoto, R.
AU - Suh, H. G.
AU - Summerscales, T. Z.
AU - Sun, H.
AU - Sun, L.
AU - Sunil, S.
AU - Sur, A.
AU - Suresh, J.
AU - Sutton, P. J.
AU - Suzuki, Takamasa
AU - Suzuki, Toshikazu
AU - Swinkels, B. L.
AU - Szczepańczyk, M. J.
AU - Szewczyk, P.
AU - Tacca, M.
AU - Tagoshi, H.
AU - Tait, S. C.
AU - Takahashi, H.
AU - Takahashi, R.
AU - Takamori, A.
AU - Takano, S.
AU - Takeda, H.
AU - Takeda, M.
AU - Talbot, C. J.
AU - Talbot, C.
AU - Tanaka, H.
AU - Takeda, M.
AU - Talbot, C. J.
AU - Talbot, C.
AU - Tanaka, H.
AU - Tanaka, Kazuyuki
AU - Tanaka, Kenta
AU - Tanaka, Taiki
AU - Tanaka, Takahiro
AU - Tanasijczuk, A. J.
AU - Tanioka, S.
AU - Tanner, D. B.
AU - Tao, D.
AU - Tao, L.
AU - Tapia San Martín, E. N.
AU - Tapia San Martín, E. N.
AU - Taranto, C.
AU - Tasson, J. D.
AU - Telada, S.
AU - Tenorio, R.
AU - Terhune, J. E.
AU - Terkowski, L.
AU - Thirugnanasambandam, M. P.
AU - Thomas, M.
AU - Thomas, P.
AU - Thompson, J. E.
AU - Thondapu, S. R.
AU - Thorne, K. A.
AU - Thrane, E.
AU - Tiwari, Shubhanshu
AU - Tiwari, Srishti
AU - Tiwari, V.
AU - Toivonen, A. M.
AU - Toland, K.
AU - Tolley, A. E.
AU - Tomaru, T.
AU - Tomigami, Y.
AU - Tomura, T.
AU - Tonelli, M.
AU - Torres-Forné, A.
AU - Torrie, C. I.
AU - Tosta e Melo, I.
AU - Töyrä, D.
AU - Trapananti, A.
AU - Travasso, F.
AU - Traylor, G.
AU - Trevor, M.
AU - Tringali, M. C.
AU - Tripathee, A.
AU - Troiano, L.
AU - Trovato, A.
AU - Trozzo, L.
AU - Trudeau, R. J.
AU - Tsai, D. S.
AU - Tsai, D.
AU - Tsang, K. W.
AU - Tsang, T.
AU - Tsao, J-S.
AU - Tse, M.
AU - Tso, R.
AU - Tsubono, K.
AU - Tsuchida, S.
AU - Tsukada, L.
AU - Tsuna, D.
AU - Tsutsui, T.
AU - Tsuzuki, T.
AU - Turbang, K.
AU - Turconi, M.
AU - Tuyenbayev, D.
AU - Ubhi, A. S.
AU - Uchikata, N.
AU - Uchiyama, T.
AU - Udall, R. P.
AU - Ueda, A.
AU - Uehara, T.
AU - Ueno, K.
AU - Ueshima, G.
AU - Uraguchi, F.
AU - Urban, A. L.
AU - Ushiba, T.
AU - Utina, A.
AU - Vahlbruch, H.
AU - Vajente, G.
AU - Vajpeyi, A.
AU - Valdes, G.
AU - Valentini, M.
AU - Valsan, V.
AU - van Bakel, N.
AU - van Beuzekom, M.
AU - van den Brand, J. F. J.
AU - Van Den Broeck, C.
AU - Vander-Hyde, D. C.
AU - van der Schaaf, L.
AU - van Heijningen, J. V.
AU - Vanosky, J.
AU - van Putten, M. H. P. M.
AU - van Remortel, N.
AU - Vardaro, M.
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AU - Varma, V.
AU - Vasúth, M.
AU - Vecchio, A.
AU - Vedovato, G.
AU - Veitch, J.
AU - Veitch, P. J.
AU - Venneberg, J.
AU - Venugopalan, G.
AU - Verkindt, D.
AU - Verma, P.
AU - Verma, Y.
AU - Veske, D.
AU - Vetrano, F.
AU - Viceré, A.
AU - Vidyant, S.
AU - Viets, A. D.
AU - Vijaykumar, A.
AU - Villa-Ortega, V.
AU - Vinet, J.-Y.
AU - Virtuoso, A.
AU - Vitale, S.
AU - Vo, T.
AU - Vocca, H.
AU - von Reis, E. R. G.
AU - von Wrangel, J. S. A.
AU - Vorvick, C.
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AU - Wade, M.
AU - Wagner, K. J.
AU - Walet, R. C.
AU - Walker, M.
AU - Wallace, G. S.
AU - Wallace, L.
AU - Walsh, S.
AU - Wang, J.
AU - Wang, J. Z.
AU - Wang, W. H.
AU - Ward, R. L.
AU - Warner, J.
AU - Was, M.
AU - Washimi, T.
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AU - Weaver, B.
AU - Webster, S. A.
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AU - Weinstein, A. J.
AU - Weiss, R.
AU - Weller, C. M.
AU - Wellmann, F.
AU - Wen, L.
AU - Weßels, P.
AU - Wette, K.
AU - Whelan, J. T.
AU - White, D. D.
AU - Whiting, B. F.
AU - Whittle, C.
AU - Wilken, D.
AU - Williams, D.
AU - Williams, M. J.
AU - Williamson, A. R.
AU - Willis, J. L.
AU - Willke, B.
AU - Wilson, D. J.
AU - Winkler, W.
AU - Wipf, C. C.
AU - Wlodarczyk, T.
AU - Woan, G.
AU - Woehler, J.
AU - Wofford, J. K.
AU - Wong, I. C. F.
AU - Wu, C.
AU - Wu, D. S.
AU - Wu, H.
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AU - Wysocki, D. M.
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AU - Yang, L.
AU - Yang, Y.
AU - Yang, Yang
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AU - Yelikar, A. B.
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AU - Yokoyama, J.
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AU - Yoo, J.
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AU - Zanolin, M.
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AU - Zendri, J.-P.
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AU - Zhao, Y.
AU - Zhao, Yue
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AU - Zhou, Z.
AU - Zhu, X. J.
AU - Zhu, Z.-H.
AU - Zucker, M. E.
AU - Zweizig, J.
PY - 2022/3/31
Y1 - 2022/3/31
N2 - 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 mA∼10-14-10-11 eV/c2, 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)B dark matter. For the cross-correlation method, the best median constraint on the squared coupling is ∼1.31×10-47 at mA∼4.2×10-13 eV/c2; for the other analysis, the best constraint is ∼2.4×10-47 at mA∼5.7×10-13 eV/c2. These limits improve upon those obtained in direct dark matter detection experiments by a factor of ∼100 for mA∼[2-4]×10-13 eV/c2, and are, in absolute terms, the most stringent constraint so far in a large mass range mA∼2×10-13-8×10-12 eV/c2.
AB - 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 mA∼10-14-10-11 eV/c2, 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)B dark matter. For the cross-correlation method, the best median constraint on the squared coupling is ∼1.31×10-47 at mA∼4.2×10-13 eV/c2; for the other analysis, the best constraint is ∼2.4×10-47 at mA∼5.7×10-13 eV/c2. These limits improve upon those obtained in direct dark matter detection experiments by a factor of ∼100 for mA∼[2-4]×10-13 eV/c2, and are, in absolute terms, the most stringent constraint so far in a large mass range mA∼2×10-13-8×10-12 eV/c2.
UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=85128736654&partnerID=8YFLogxK
U2 - 10.1103/PhysRevD.105.063030
DO - 10.1103/PhysRevD.105.063030
M3 - Article
AN - SCOPUS:85128736654
SN - 2470-0010
VL - 105
JO - Physical Review D
JF - Physical Review D
IS - 6
M1 - 063030
ER -