中國(guó)科學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)近日取得了重大突破，他們運(yùn)用先進(jìn)的量子精密測(cè)量技術(shù)，在難以捉摸的“軸子窗口”內(nèi)，對(duì)軸子暗物質(zhì)進(jìn)行了直接搜尋實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)由彭新華教授和江敏副教授領(lǐng)銜，成功將國(guó)際探測(cè)界限推高了至少50倍。
這項(xiàng)引人注目的研究成果已在11月4日被國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》發(fā)表，并榮獲“編輯推薦”文章的殊榮。同時(shí)，該研究也獲得了美國(guó)物理學(xué)界的高度評(píng)價(jià)，印第安納大學(xué)伯明頓分校的Michael Snow教授在一篇專文評(píng)述中，特別指出了研究團(tuán)隊(duì)引入的磁放大技術(shù)和信號(hào)模板兩大創(chuàng)新點(diǎn)，這使得探測(cè)靈敏度大幅提升。
粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型雖然經(jīng)受住了無(wú)數(shù)實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，但它所描述的宇宙僅占觀測(cè)宇宙能量密度的5%。軸子，作為暗物質(zhì)的一種熱門候選粒子，被多種超越標(biāo)準(zhǔn)模型的理論所預(yù)言。這類粒子與標(biāo)準(zhǔn)模型粒子的相互作用微弱，卻能引起能級(jí)的微小移動(dòng)。
量子精密測(cè)量技術(shù)以其對(duì)微弱能級(jí)的高靈敏度而著稱，它利用量子相干、關(guān)聯(lián)和糾纏等特性，為暗物質(zhì)搜尋帶來(lái)了革命性的變化。此次，研究團(tuán)隊(duì)巧妙地利用了兩個(gè)相距60毫米的極化129Xe原子系綜，在軸子窗口內(nèi)進(jìn)行了精密的探測(cè)。
為了增強(qiáng)探測(cè)效果，研究人員在原子系綜中混入了堿金屬，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)原子系綜極化矢量信號(hào)高達(dá)145倍的放大。同時(shí)，他們還設(shè)計(jì)了高效的磁屏蔽系統(tǒng)，將經(jīng)典磁場(chǎng)信號(hào)的干擾降低了1010倍。這些創(chuàng)新舉措共同構(gòu)建了一個(gè)極為靈敏的軸子暗物質(zhì)探測(cè)器。
盡管此次實(shí)驗(yàn)未能直接發(fā)現(xiàn)軸子暗物質(zhì)的存在證據(jù)，但研究團(tuán)隊(duì)在軸子窗口內(nèi)給出了迄今為止最強(qiáng)的中子-中子耦合界限，這一成果無(wú)疑為未來(lái)的暗物質(zhì)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，它也展示了量子精密測(cè)量技術(shù)在探索未知領(lǐng)域中的巨大潛力。
此次研究的成功不僅是對(duì)中國(guó)科學(xué)家在暗物質(zhì)探測(cè)領(lǐng)域?qū)嵙Φ囊淮斡辛φ故?，也為全球暗物質(zhì)研究提供了新的視角和方法。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和研究的深入，我們有理由期待更多關(guān)于暗物質(zhì)的奧秘被揭開(kāi)。
