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量子精密测量为暗物质搜寻提供新手段

admin2021-11-238

        记者22日从中国科学技术大学获悉,该校彭新华教‘jiao’授研究组与德国科学家合作开发出一种新型超灵敏量‘liang’子精密测量技术,并用于暗物质【zhi】的实验直接搜寻,实验结果比先前的国际最好水平提升至『zhi』少5个数量级,首次突破国际公认最强的宇宙天文学界限。相关成果日前在线发表于《自然物理学〖xue〗》。

        宇宙物质组成中的绝大部分为暗物质,占到了约85%,我们所熟悉‘xi’的普通物质只占约15%。为了寻 xun[找这些神秘的暗『an』物质粒子,多个国〖guo〗家布局一系列国家级甚至世界级暗物质探测的实验探测计划,然而迄今为止还没有找到暗物质存在的直接证据。

        彭新华研究组利用气态氙和铷原“yuan”子(zi)混合蒸气室,发明了具有超高灵敏度的新型核自旋量子测量技术,实现了「liao」国际最佳灵敏度的核自旋“xuan”磁传感器。该工作报道了一种全新的自旋放大效应,其放大机制完全不〖bu〗同于以往机制 zhi[。该技术利用激光先极化《hua》铷原子蒸气,再利用《yong》铷与气态氙原子的自旋交换碰撞,从而将氙原子的核自旋极化。相【xiang】比传统热极化方法,新技术利用光极〖ji〗化‘hua’的方法获得了接近0.3的自旋极化度,远超过传统方法。传统方法采用对氙原子进《jin》行 xing[外部探测『ce』,而新技术通过铷原子与氙原子的随机自旋交换碰撞,就可『ke』以将氙原子的信号高灵敏读出,极大地简化了装置体积和《he》复杂度。基于该物理机制,研究人员设计出磁场量子放大器,并将这台自旋放大器「qi」与团队已发展的原子磁力计相结合,将原子磁力计的磁探测灵敏度提高了100倍。

        大量理论预测暗物质与原子核会发生极 ji[微弱的相互作用,这种相互作用相当于在原子核自旋上施加一个微小磁场——“赝磁场”。利用超灵敏磁场探测装置可以检验这一微小的赝磁场,以此来寻找《zhao》暗物质粒子存在的迹象。彭新《xin》华研究组利用自旋放大器来放大暗物质产生的“赝磁场”,大大提高了暗物质的搜寻‘xun’灵〖ling〗敏度。相比传统大型暗物质科学装置,该设「she」备只需桌面尺《chi》寸的空间布局。

        这一成果充分展‘zhan’示了量子精密测(ce)量技术与暗物质探测的交叉融合,有望激发宇宙天文学、粒子物理学和原子分子物理学等多个基础科学的广泛兴趣。

【纠错】 【责任编辑:满旭蕊 】

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