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中德科学家联手开发新技术搜寻暗物质
2021-11-23
中国新闻网

  记者22日从中国科学技术大学获悉,该校彭新华教授研究组与德国科学家合作,开发出一种新型超灵敏量子精密测量技术,并用于暗物质的实验直接搜寻。

  据介绍,实验结果比先前的国际最好水平提升至少5个数量级,首次突破国际公认最强的宇宙天文学界限。

  相关成果日前在线发表于《自然·物理学》上。

  宇宙物质组成中的绝大部分为暗物质,占比约85%,人类所熟悉的普通物质约占15%。为了寻找这些神秘的暗物质粒子,多个国家布局一系列国家级甚至世界级暗物质探测的实验探测计划,然而迄今为止还没有找到暗物质存在的直接证据。

  彭新华研究组利用气态氙和铷原子混合蒸气室,发明了具有超高灵敏度的新型核自旋量子测量技术,实现了国际最佳灵敏度的核自旋磁传感器。相比传统热极化方法,新技术极大地简化了装置体积和复杂度。基于该物理机制,研究人员设计出磁场量子放大器,并将这台自旋放大器与团队已发展的原子磁力计相结合,将原子磁力计的磁探测灵敏度提高了100倍。

  大量理论预测暗物质与原子核会发生极微弱的相互作用,这种相互作用相当于在原子核自旋上施加一个微小磁场——“赝磁场”。利用超灵敏磁场探测装置可以检验这一微小的赝磁场,以此来寻找暗物质粒子存在的迹象。彭新华研究组利用自旋放大器来放大暗物质产生的“赝磁场”,大大提高了暗物质的搜寻灵敏度。相比传统大型暗物质科学装置,该设备只需桌面尺寸的空间布局。

  据介绍,这一成果充分展示了量子精密测量技术与暗物质探测的交叉融合,有望激发宇宙天文学、粒子物理学和原子分子物理学等多个基础科学的广泛兴趣。

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