新華社合肥11月23日電（記者徐海濤）近期，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)彭新華教授研究組與德國(guó)科學(xué)家合作開發(fā)出一種新型超靈敏量子精密測(cè)量技術(shù)，并用于暗物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)直接搜尋，實(shí)驗(yàn)結(jié)果比先前國(guó)際最好水平提升至少5個(gè)數(shù)量級(jí)。國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·物理學(xué)》日前發(fā)表了該成果。
在宇宙物質(zhì)質(zhì)量中，普通物質(zhì)約占15%，其余85%都是暗物質(zhì)。為了尋找這些神秘的暗物質(zhì)粒子，全球多個(gè)國(guó)家啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)探測(cè)計(jì)劃，但迄今為止還沒(méi)有找到暗物質(zhì)存在的直接證據(jù)。
近期，中科大彭新華教授研究組利用氣態(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。
基于新的物理機(jī)制，研究人員進(jìn)一步設(shè)計(jì)出磁場(chǎng)量子放大器，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)贗磁場(chǎng)，以此尋找暗物質(zhì)粒子存在的跡象。
彭新華教授研究組利用自旋放大器，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，并完成了feV-peV低能區(qū)暗物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)直接搜尋，實(shí)驗(yàn)結(jié)果比先前國(guó)際最好水平提升至少5個(gè)數(shù)量級(jí)。相比傳統(tǒng)的大型暗物質(zhì)科學(xué)裝置，該設(shè)備只需日常桌面尺寸的空間布局。
據(jù)介紹，這一成果展示了量子精密測(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。
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