量子“捕手”为暗物质探测提供全新路径

来源：科技日报

科技日报记者 吴长锋

记者29日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革新了核自旋量子精密测量技术，成功搭建国际首个基于原子核自旋的量子传感网络，如同布下的宇宙信号“监听系统”，让暗物质探测灵敏度实现质的飞跃，为解开这一宇宙之谜提供了全新路径。相关成果1月29日发表于学术期刊《自然》。

浩瀚宇宙中，占比高达26.8%的暗物质，就像一位“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，研究团队给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)