新技術為暗物質搜尋提供變革性手段
【科技前沿】
本報合肥11月22日電(記者常河 通訊員桂運安) 記ji者zhe日ri前qian從cong中zhong國guo科ke學xue技ji術shu大da學xue獲huo悉xi,該gai校xiao彭peng新xin華hua教jiao授shou研yan究jiu組zu與yu德de國guo科ke學xue家jia合he作zuo開kai發fa出chu一yi種zhong新xin型xing超chao靈ling敏min量liang子zi精jing密mi測ce量liang技ji術shu,用yong於yu暗an物wu質zhi的de實shi驗yan直zhi接jie搜sou尋xun,實shi驗yan結jie果guo比bi先xian前qian的de國guo際ji最zui好hao水shui平ping提ti升sheng至zhi少shao5個數量級,首次突破國際公認最強的宇宙天文學界限。相關成果日前在線發表於《自然·物理學》。
宇宙物質組成中的絕大部分為暗物質,占到了約85%,我們所熟悉的普通物質隻占約15%。為(wei)了(le)尋(xun)找(zhao)這(zhe)些(xie)神(shen)秘(mi)的(de)暗(an)物(wu)質(zhi)粒(li)子(zi),多(duo)個(ge)國(guo)家(jia)布(bu)局(ju)一(yi)係(xi)列(lie)國(guo)家(jia)級(ji)甚(shen)至(zhi)世(shi)界(jie)級(ji)暗(an)物(wu)質(zhi)探(tan)測(ce)的(de)實(shi)驗(yan)探(tan)測(ce)計(ji)劃(hua),然(ran)而(er)迄(qi)今(jin)為(wei)止(zhi)還(hai)沒(mei)有(you)找(zhao)到(dao)暗(an)物(wu)質(zhi)存(cun)在(zai)的(de)直(zhi)接(jie)證(zheng)據(ju)。
pengxinhuayanjiuzuliyongqitaixianheruyuanzihunhezhengqishi,faminglejuyouchaogaolingmindudexinxinghezixuanliangziceliangjishu,shixianleguojizuijialingmindudehezixuancichuanganqi。gaichengguojieshileyizhongquanxindezixuanfangdaxiaoying,qifangdajizhiwanquanbutongyuyiwangjizhi。gaijishuliyongjiguangxianjihuaruyuanzizhengqi,zailiyongruyuqitaixianyuanzidezixuanjiaohuanpengzhuang,congerjiangxianyuanzidehezixuanjihua。xiangbichuantongrejihuafangfa,xinjishuliyongguangjihuadefangfahuodelejiejin0.3的de自zi旋xuan極ji化hua度du,遠yuan超chao傳chuan統tong方fang法fa。傳chuan統tong方fang法fa采cai用yong對dui氙xian原yuan子zi進jin行xing外wai部bu探tan測ce,而er新xin技ji術shu通tong過guo銣ru原yuan子zi與yu氙xian原yuan子zi的de隨sui機ji自zi旋xuan交jiao換huan碰peng撞zhuang,就jiu可ke以yi將jiang氙xian原yuan子zi的de信xin號hao高gao靈ling敏min讀du出chu,極ji大da地di簡jian化hua了le裝zhuang置zhi體ti積ji和he複fu雜za度du。基ji於yu該gai物wu理li機ji製zhi,研yan究jiu人ren員yuan設she計ji出chu磁ci場chang量liang子zi放fang大da器qi,並bing將jiang這zhe台tai自zi旋xuan放fang大da器qi與yu團tuan隊dui已yi發fa展zhan的de原yuan子zi磁ci力li計ji相xiang結jie合he,將jiang原yuan子zi磁ci力li計ji的de磁ci探tan測ce靈ling敏min度du提ti高gao了le100倍。
大量理論預測暗物質與原子核會發生極微弱的相互作用,這種相互作用相當於在原子核自旋上施加一個微小磁場——“贗磁場”。利用超靈敏磁場探測裝置可以檢驗這一微小的“贗磁場”,以此來尋找暗物質粒子存在的跡象。彭新華研究組利用自旋放大器來放大暗物質產生的“贗磁場”,大大提高了暗物質的搜尋靈敏度。相比傳統大型暗物質科學裝置,該設備隻需要桌麵尺寸的空間布局。
這一成果充分展示了量子精密測量技術與暗物質探測的交叉融合,有望激發宇宙天文學、粒子物理學和原子分子物理學等多個基礎科學的廣泛興趣。
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