中国科学家用FAST和量子技术探索暗物质新边界

中国科学家用FAST和量子技术探索暗物质新边界

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中国科学院

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来源

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暗物质是宇宙中一种神秘的物质，虽然无法直接观测，但通过引力效应可推测其存在。它占宇宙总质量约85%，在总质能中约占26.8%。暗物质的探测和研究对于理解宇宙结构和演化具有重大科学意义。

利用LHAASO观测站探测超重暗物质

中国科学院紫金山天文台研究员黄晓渊团队，联合中国科学院高能物理研究所和山东大学，利用高海拔宇宙线观测站（LHAASO）对超重暗物质粒子进行了搜寻，并给出了迄今为止最强的限制。该研究成果发表在《物理评论快报》上，并被选为编辑推荐论文。

LHAASO实验对高能伽马射线具有极强的探测能力，能覆盖从一到一百万太电子伏特（TeV）的质量范围。研究团队通过分析LHAASO数据，对来自银河系16个矮椭球星系的暗物质湮灭信号进行了搜寻。虽然没有发现显著信号，但对质量大于约10 TeV的暗物质粒子属性给出了最强限制。

量子精密测量技术提升轴子暗物质探测精度

中国科学技术大学彭新华教授团队在轴子暗物质探测方面取得重要进展。他们利用量子精密测量技术，成功将轴子暗物质的探测界限提升了至少50倍。研究成果发表在国际学术期刊《物理评论快报》上。

研究团队巧妙地利用两个相距60毫米的极化原子系综，通过轴子窗口探测轴子暗物质诱导的自旋相关相互作用。为了克服经典磁场干扰，研究人员设计了磁屏蔽系统，将环境磁场信号抑制了1010倍，并采用最优滤波技术提高信噪比。尽管尚未发现轴子暗物质的直接证据，但研究团队在轴子窗口内给出了迄今为止最强的中子—中子耦合界限。

在国际上，LUX-ZEPLIN（LZ）实验成为目前最灵敏的暗物质探测器。该实验位于南达科他州的桑福德地下研究设施，利用10吨液态氙作为探测介质，旨在捕捉弱相互作用大质量粒子（WIMPs）信号。尽管在质量超过9 GeV/c²的WIMPs信号中未发现证据，但这一结果为WIMPs的研究提供了新的约束条件。

LZ实验的成功得益于其多层结构和先进的分析技术，能够有效减少背景噪声。实验团队计划在2028年前收集1000天的数据，并期待在未来的实验中进一步提高对低质量暗物质的搜索能力。

中国科学家在暗物质探测领域的突破，展示了量子精密测量技术和大型天文观测设备在暗物质研究中的巨大潜力。随着技术进步和国际合作的深化，人类有望在不久的将来揭示暗物质的奥秘，进一步理解宇宙的起源和演化。

暗物质的探测和研究是一个充满挑战的领域，需要全球科学家的共同努力。中国科学家的最新成果不仅推动了暗物质研究的前沿，也为科学界的国际合作树立了榜样。未来，随着更多先进实验装置的建设和技术的不断创新，我们有理由相信，暗物质的神秘面纱终将被揭开。