量子“捕手”：探测暗物质的全新路径

来源：科技日报

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记者 吴长锋

1月29日，记者从中国科学技术大学获悉，该校彭新华教授和江敏教授团队在核自旋量子精密测量技术上取得突破，成功构建了国际上首个基于原子核自旋的量子传感网络。这如同布设了一套宇宙信号的“监听系统”，使暗物质探测的灵敏度实现了质的飞跃，为揭开这一宇宙之谜提供了全新的路径。相关成果已于1月29日发表在学术期刊《自然》上。

浩瀚宇宙中，占比高达26.8%的暗物质，像一位“隐形邻居”——它不发光、不与普通物质发生电磁相互作用，却能通过引力影响星系运动。

轴子作为暗物质的热门候选者，被科学家形象地称为“暗物质墙”。当地球穿越这堵“无形之墙”时，轴子可能与量子传感器中的原子核发生极微弱的相互作用，产生转瞬即逝的信号。要捕捉这个信号，难度堪比在沸腾的广场上，精准分辨出一片特定雪花落地的声音。

为攻克探测难题，研究团队为量子传感器装上了两件“硬核装备”：一是将转瞬即逝的信号“储存”在接近分钟级的核自旋相干态中，大幅延长了信号探测窗口；二是通过自研量子放大技术，将微弱信号增强一百倍，让“蛛丝马迹”不再难寻。

团队将五台超灵敏量子传感器分别部署在合肥与杭州，通过卫星时间精确同步，构建成分布式探测网络。经过两个月的持续观测，团队在广泛的轴子质量范围内，给出了该暗物质模型最严格的限制标准。其中部分质量区间的限制精度，比天文学家用超新星观测的结果高出40倍，首次实现实验室探测精度超越天文观测。

研究人员表示，这一突破意味着，人类搜寻暗物质的“工具库”中，新增了一款更精准的“量子神器”。未来还可与引力波天文台协同，通过全球组网、空间部署等方式，将探测灵敏度再提升4个数量级，持续向解开暗物质之谜发起冲击。

(中国科学技术大学供图)