中國科學家「超靈敏量子技術」為搜尋暗物質提供先進手段

原標題:中國科學家「超靈敏量子技術」為搜尋暗物質提供先進手段

  新華社合肥11月23日電(記者徐海濤)近期,中國科學技術大學彭新華教授研究組與德國科學家合作開發出一種新型超靈敏量子精密測量技術,並用於暗物質的實驗直接搜尋,實驗結果比先前國際最好水平提升至少5個數量級。國際權威學術期刊《自然·物理學》日前發表了該成果。

  在宇宙物質質量中,普通物質約佔15%,其餘85%都是暗物質。為了尋找這些神秘的暗物質粒子,全球多個國家啟動實驗探測計劃,但迄今為止還沒有找到暗物質存在的直接證據。

  近期,中科大彭新華教授研究組利用氣態氙和銣原子混合蒸氣室,發明了具有超高靈敏度的新型核自旋量子測量技術,實現了新型核自旋磁感測器。該技術利用激光先極化銣原子蒸氣,再利用銣與氣態氙原子的自旋交換碰撞,從而將氙原子的核自旋極化。

  基於新的物理機制,研究人員進一步設計出磁場量子放大器,將原子磁力計的磁探測靈敏度提高了100倍。理論預測,暗物質與原子核會發生極微弱的相互作用,這種相互作用相當於在原子核自旋上施加一個微小磁場——贗磁場,利用超靈敏磁場探測裝置可以檢驗贗磁場,以此尋找暗物質粒子存在的跡象。

  彭新華教授研究組利用自旋放大器,放大暗物質產生的贗磁場,大大提高了暗物質的搜尋靈敏度,並完成了feV-peV低能區暗物質的實驗直接搜尋,實驗結果比先前國際最好水平提升至少5個數量級。相比傳統的大型暗物質科學裝置,該設備只需日常桌面尺寸的空間布局。

  據介紹,這一成果展示了量子精密測量技術與暗物質探測的交叉融合,有望推動宇宙天文學、粒子物理學和原子分子物理學等多個基礎學科的發展。

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