記者29日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校彭新華教授和江敏教授團(tuán)隊(duì)革新了核自旋量子精密測量技術(shù)，成功搭建國際首個(gè)基于原子核自旋的量子傳感網(wǎng)絡(luò)，如同布下宇宙信號(hào)“監(jiān)聽系統(tǒng)”，讓暗物質(zhì)探測靈敏度實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍，為解開這一宇宙之謎提供了全新路徑。相關(guān)成果29日發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《自然》。
浩瀚宇宙中，占比高達(dá)26.8%的暗物質(zhì)，就像一位“隱形鄰居”——它不發(fā)光、不與普通物質(zhì)發(fā)生電磁相互作用，卻能通過引力影響星系運(yùn)動(dòng)。
軸子作為暗物質(zhì)的熱門候選者，被科學(xué)家形象地稱為“暗物質(zhì)墻”。當(dāng)?shù)厍虼┰竭@堵“無形之墻”時(shí)，軸子可能與量子傳感器中的原子核發(fā)生極微弱的相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)瞬即逝的信號(hào)。要捕捉這個(gè)信號(hào)，難度堪比在沸騰的廣場上，精準(zhǔn)分辨出一片特定雪花落地的聲音。
為攻克探測難題，研究團(tuán)隊(duì)給量子傳感器裝上了兩件“硬核裝備”：一是將轉(zhuǎn)瞬即逝的信號(hào)“儲(chǔ)存”在接近分鐘級(jí)的核自旋相干態(tài)中，大幅延長了信號(hào)探測窗口；二是通過自研量子放大技術(shù)，將微弱信號(hào)增強(qiáng)100倍，讓“蛛絲馬跡”不再難尋。
團(tuán)隊(duì)將5臺(tái)超靈敏量子傳感器分別部署在合肥與杭州，通過衛(wèi)星時(shí)間精確同步，構(gòu)建成分布式探測網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過兩個(gè)月的持續(xù)觀測，團(tuán)隊(duì)在廣泛的軸子質(zhì)量范圍內(nèi)，給出了該暗物質(zhì)模型最嚴(yán)格的限制標(biāo)準(zhǔn)。其中部分質(zhì)量區(qū)間的限制精度，比天文學(xué)家用超新星觀測的結(jié)果高出40倍，首次實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室探測精度超越天文觀測。
研究人員表示，這一突破意味著，人類搜尋暗物質(zhì)的“工具庫”中，新增了一款更精準(zhǔn)的“量子神器”。未來，其還可與引力波天文臺(tái)協(xié)同，通過全球組網(wǎng)、空間部署等方式，將探測靈敏度再提升4個(gè)數(shù)量級(jí)，持續(xù)向解開暗物質(zhì)之謎發(fā)起沖擊。
（責(zé)任編輯：蔡文斌）
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