中国科学家用量子技术探测暗物质获重大突破

中国科学家用量子技术探测暗物质获重大突破

引用

中国科学院

1.

https://www.cas.cn/cm/202411/t20241113_5039248.shtml

中国科学技术大学彭新华教授、江敏副教授等人在暗物质探测领域取得重要突破。他们利用量子精密测量技术，成功将暗物质诱导的自旋相关相互作用探测界限提升50倍以上，研究成果发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》上。

利用量子精密测量技术探测轴子暗物质诱导的自旋相互作用图。（科研团队供图）

在我们的世界，日月星辉乃至自然万物等所有“看得见”的东西，仅占宇宙质量的5%，另外的95%是看不见的暗物质和暗能量。找到暗物质，将会带来物理学的革命性突破，让人类更好地理解宇宙。然而暗物质粒子不发光、不参与电磁相互作用，无法用任何光学或电磁观测设备直接“看”到。如何探测到“暗粒子”，是国际物理学研究的重大课题。

轴子是可能构成暗物质的热门假想粒子之一。近期，利用量子精密测量技术对微弱能级的超灵敏测量，中科大科研团队巧妙利用两个相距60毫米的极化原子系综，在“轴子窗口”内探测轴子暗物质诱导的自旋相关相互作用。为此，科研人员精心设计磁屏蔽系统，成功把环境的经典磁场信号抑制减弱为一百亿分之一，还采用在引力波探测中广泛应用的最优滤波技术，以最大限度提高轴子信号的信噪比。

通过一系列创新，科研团队在“轴子窗口”内给出了迄今为止最强的中子—中子耦合界限，将此前国际上的探测界限提升50倍以上。美国印第安纳大学伯明顿分校教授迈克尔·斯诺评论认为，这项研究的独特亮点在于创新性引入两种新技术——磁放大技术和信号模板，超越了国际先进水平。

“我们的研究通过提升探测精度和范围，进而提升了寻找到‘暗粒子’的可能。”彭新华教授说。此外，这项研究发展的技术具有远景的实际应用价值，比如通过提高核磁共振的精度来实现精准医疗，以及开展更为精密的深海探测等。

本文原文来自中国科学院官网