央广网合肥1月29日消息(记者鲍玉婵)1月29日,记者从中国科学技术大学获悉,该校自旋磁共振实验室彭新华教授和江敏教授团队在《自然》杂志发表突破性研究成果:团队革新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,为暗物质探测开辟了新路径。
宇宙中暗物质占比高达26.8%,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。轴子是暗物质的热门候选者,其形成的场可能存在拓扑缺陷,即“暗物质墙”。当地球穿越这堵“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。
为攻克探测难题,研究团队采用了两种关键技术:一是将信号保存在接近分钟级的核自旋相干态中,大幅延长探测窗口;二是通过自研量子放大技术将微弱信号增强一百倍。
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。真实的宇宙信号会在各站点留下时间关联痕迹,而局部干扰噪声杂乱无章,这种组网模式能极大过滤误报,提高探测可靠性。
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。
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”。审稿人评价:“这项工作为粒子物理和天体物理研究提供了强大工具,将激发新的研究浪潮。”
目前,团队计划进一步扩大“量子探测网”的覆盖范围,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。该网络化、分布式探测思路未来还可与引力波天文台协同,用于搜寻更多宇宙奥秘。
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