中科大發布新成果：為搜尋暗物質提供超靈敏量子精密測量技術

本報合肥11月28日電 （記者田先進）記者近日從中國科學技術大學獲悉：該校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，用於暗物質的實驗直接搜尋，實驗結果比先前的國際最好水平提升至少5個數量級。相關成果日前在線發表於國際期刊《自然·物理學》。

在宇宙物質質量組成中暗物質約佔85%，然而迄今為止還沒有找到暗物質存在的直接證據。彭新華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傳感器。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。基於該物理機制，研究人員設計出磁場量子放大器，並將這台自旋放大器與團隊已發展的原子磁力計相結合，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這一微小的“贗磁場”，以此來尋找暗物質粒子存在的跡象。彭新華研究組利用自旋放大器來放大暗物質產生的“贗磁場”，大大提高了暗物質的搜尋靈敏度。相比傳統大型暗物質科學裝置，該設備只需要桌面尺寸的空間佈局。

這一成果充分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。