中科大建成城际核自旋量子传感网络 探索暗物质“墙”信号迈出关键一步

在当代天体物理学领域,暗物质探测始终是困扰科学界的重大难题。

宇宙中可见物质仅4.9%,而暗物质占比高达26.8%,其不发光、不参与电磁作用的特性,使得传统观测手段难以捕捉。

作为暗物质候选粒子,轴子可能形成的拓扑缺陷被喻为"暗物质墙",但探测其与原子核的微弱相互作用,需在极短时间窗口内捕捉强度仅为常规信号百万分之一的扰动,技术难度极高。

针对这一挑战,中科大彭新华、江敏团队创新性地将量子精密测量技术与网络化探测相结合。

研究团队首先攻克核自旋相干态维持技术,将信号捕获时间窗口从毫秒级延长至分钟级,相当于将"快门速度"放慢千倍;其次研发量子信号放大器,使探测灵敏度提升两个数量级。

更关键的是,团队在合肥与杭州部署五台量子传感器,通过卫星时间同步构建分布式网络,利用多节点数据比对有效滤除环境噪声,使系统具备识别宇宙级信号特征的能力。

实验数据显示,新系统在0.1-100兆电子伏特质量范围内,将轴子探测限制标准提升至前所未有的精度。

特别是在中质量区间,其灵敏度较超新星天文观测提高40倍,首次实现实验室对宇宙观测的精度反超。

尽管尚未捕获确凿的暗物质信号,但该技术已排除多个理论模型参数空间,为后续研究指明方向。

这项突破的意义远超单一实验成果。

其首创的城际量子传感架构,既解决了单点探测易受干扰的固有缺陷,也为多学科交叉研究提供范式。

未来该网络可与引力波探测器联动,形成多波段宇宙探测矩阵。

中科院相关专家指出,这种"天地协同"模式或将重塑高能物理实验形态,使我国在暗物质研究领域获得战略主动权。

暗物质的探寻是人类认识宇宙的重要课题,也是基础物理研究的前沿阵地。

中国科学家通过创新量子传感技术,成功将微观世界的精密测量与宏观宇宙的奥秘探索相结合,展现了中国在量子科技领域的创新能力和国际竞争力。

这项突破不仅为暗物质探测开辟了新的技术路径,更重要的是体现了科学研究中的系统思维和协同创新理念。

随着这一"量子神器"的不断完善和应用,人类距离揭开宇宙"隐形邻居"的神秘面纱又近了一步,这也预示着基础科学研究在解答宇宙终极问题上的光明前景。