中科大：為搜尋暗物質(zhì)提供超靈敏量子精密測(cè)量技術(shù)
- 發(fā)布時(shí)間：2021-11-29 08:41:33
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中科大發(fā)布新成果
為搜尋暗物質(zhì)提供超靈敏量子精密測(cè)量技術(shù)
本報(bào)合肥11月28日電（記者田先進(jìn)）記者近日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉：該校彭新華教授研究組與德國(guó)科學(xué)家合作開(kāi)發(fā)出一種新型超靈敏量子精密測(cè)量技術(shù)，用于暗物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)直接搜尋，實(shí)驗(yàn)結(jié)果比先前的國(guó)際最好水平提升至少5個(gè)數(shù)量級(jí)。相關(guān)成果日前在線發(fā)表于國(guó)際期刊《自然·物理學(xué)》。
在宇宙物質(zhì)質(zhì)量組成中暗物質(zhì)約占85%，然而迄今為止還沒(méi)有找到暗物質(zhì)存在的直接證據(jù)。彭新華研究組利用氣態(tài)氙和銣原子混合蒸氣室，發(fā)明了具有超高靈敏度的新型核自旋量子測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了新型核自旋磁傳感器。該技術(shù)利用激光先極化銣原子蒸氣，再利用銣與氣態(tài)氙原子的自旋交換碰撞，從而將氙原子的核自旋極化。基于該物理機(jī)制，研究人員設(shè)計(jì)出磁場(chǎng)量子放大器，并將這臺(tái)自旋放大器與團(tuán)隊(duì)已發(fā)展的原子磁力計(jì)相結(jié)合，將原子磁力計(jì)的磁探測(cè)靈敏度提高了100倍。
理論預(yù)測(cè)，暗物質(zhì)與原子核會(huì)發(fā)生極微弱的相互作用，這種相互作用相當(dāng)于在原子核自旋上施加一個(gè)微小磁場(chǎng)——“贗磁場(chǎng)”。利用超靈敏磁場(chǎng)探測(cè)裝置可以檢驗(yàn)這一微小的“贗磁場(chǎng)”，以此來(lái)尋找暗物質(zhì)粒子存在的跡象。彭新華研究組利用自旋放大器來(lái)放大暗物質(zhì)產(chǎn)生的“贗磁場(chǎng)”，大大提高了暗物質(zhì)的搜尋靈敏度。相比傳統(tǒng)大型暗物質(zhì)科學(xué)裝置，該設(shè)備只需要桌面尺寸的空間布局。
這一成果充分展示了量子精密測(cè)量技術(shù)與暗物質(zhì)探測(cè)的交叉融合，有望推動(dòng)宇宙天文學(xué)、粒子物理學(xué)和原子分子物理學(xué)等多個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展。