中國科學院微觀磁共振重點實驗室的彭新華教授和江敏副教授領銜的研究團隊，近日在國際上引起了廣泛關注。他們利用先進的量子精密測量技術，在難以捉摸的“軸子窗口”（10 ueV-1 meV）內，對軸子暗物質進行了直接搜尋實驗，成功將探測界限推升了至少50倍。
這一重大突破已于11月4日被國際知名學術期刊《物理評論快報》所刊登，并被選為“編輯推薦”文章，足見其重要性。同時，該研究成果也獲得了美國物理學會Physics Viewpoint欄目的專文評述，印第安納大學伯明頓分校的Michael Snow教授對其創新性給予了高度評價。
粒子物理標準模型雖然經歷了半個世紀的驗證，但它所描述的粒子和相互作用僅占宇宙能量密度的5%。因此，探尋暗物質，尤其是軸子這種熱門候選粒子，成為了物理學界的前沿課題。軸子與標準模型粒子的相互作用微弱，但能夠引起能級的微小移動，這為量子精密測量技術提供了用武之地。
研究團隊采用了兩個相距60毫米的極化129Xe原子系綜，其中一個作為自旋傳感器，另一個作為自旋源，來探測軸子暗物質誘導的自旋相關相互作用。通過混入堿金屬，他們成功實現了對原子系綜極化矢量信號的高達145倍的放大，從而構建了一個極為靈敏的軸子暗物質探測器。
然而，軸子暗物質的信號極其微弱，極易受到環境噪聲和經典磁場干擾的影響。為了克服這一難題，研究人員精心設計了磁屏蔽系統，將經典磁場信號抑制了驚人的1010倍。他們還運用了最優濾波技術，以最大限度地提高信噪比。
盡管在這次實驗中未能直接觀測到軸子暗物質的存在證據，但研究團隊在軸子窗口內給出了迄今為止最強的中子-中子耦合界限，刷新了國際紀錄。這一成果不僅彰顯了量子精密測量技術在暗物質探測中的巨大潛力，也為未來的暗物質研究打下了堅實的基礎。
