記者29日從中國科學技術大學獲悉，該校彭新華教授和江敏教授團隊革新了核自旋量子精密測量技術，成功搭建國際首個基于原子核自旋的量子傳感網絡，如同布下宇宙信號“監聽系統”，讓暗物質探測靈敏度實現質的飛躍，為解開這一宇宙之謎提供了全新路徑。相關成果29日發表于學術期刊《自然》。
浩瀚宇宙中，占比高達26.8%的暗物質，就像一位“隱形鄰居”——它不發光、不與普通物質發生電磁相互作用，卻能通過引力影響星系運動。
軸子作為暗物質的熱門候選者，被科學家形象地稱為“暗物質墻”。當地球穿越這堵“無形之墻”時，軸子可能與量子傳感器中的原子核發生極微弱的相互作用，產生轉瞬即逝的信號。要捕捉這個信號，難度堪比在沸騰的廣場上，精準分辨出一片特定雪花落地的聲音。
為攻克探測難題，研究團隊給量子傳感器裝上了兩件“硬核裝備”：一是將轉瞬即逝的信號“儲存”在接近分鐘級的核自旋相干態中，大幅延長了信號探測窗口;二是通過自研量子放大技術，將微弱信號增強100倍，讓“蛛絲馬跡”不再難尋。
團隊將5臺超靈敏量子傳感器分別部署在合肥與杭州，通過衛星時間精確同步，構建成分布式探測網絡。經過兩個月的持續觀測，團隊在廣泛的軸子質量范圍內，給出了該暗物質模型最嚴格的限制標準。其中部分質量區間的限制精度，比天文學家用超新星觀測的結果高出40倍，首次實現實驗室探測精度超越天文觀測。
研究人員表示，這一突破意味著，人類搜尋暗物質的“工具庫”中，新增了一款更精準的“量子神器”。未來，其還可與引力波天文臺協同，通過全球組網、空間部署等方式，將探測靈敏度再提升4個數量級，持續向解開暗物質之謎發起沖擊。
責任編輯：陸迪
