我国科学家构建全球首个核自旋量子传感网 暗物质探测精度取得重大进展

暗物质是什么、在哪里、如何被发现,是当代基础科学长期面对的核心难题之一。现有观测表明,宇宙中可见的恒星、行星以及气体尘埃等普通物质只占总质量的一小部分;暗物质虽然不发光、几乎不参与电磁相互作用,却通过引力效应影响星系旋转与大尺度结构形成。由于“看不见、摸不着”,暗物质的直接探测长期受制于信号极弱、背景噪声复杂、误报难以排除等瓶颈,亟需新的测量手段与实验范式。针对这个难点,中国科学技术大学自旋磁共振实验室彭新华教授、江敏教授团队在国际学术期刊《自然》发表研究成果,提出并实现一种以原子核自旋为核心的量子传感组网方案,搭建国际首个原子核自旋量子传感网络,并将多台超灵敏量子传感器分布部署于合肥与杭州两地,通过高精度时间同步开展联合观测。其目标指向暗物质的重要候选者之一——轴子。对应的理论认为,轴子场可能形成拓扑缺陷结构,在空间中表现为类似“墙”的区域。当这类结构与地球相遇时,轴子与物质可能产生极其微弱且持续时间很短的相互作用,为实验捕捉提供窗口,同时也对测量的稳定性与灵敏度提出很高要求。

暗物质的探寻是人类认识宇宙的重要课题,也是基础科学研究中最具挑战性的前沿领域之一;中国科学家通过创新量子精密测量技术、构建分布式探测网络,将暗物质探测的灵敏度与可靠性推向新的水平,说明了我国在量子科技领域的研发能力与系统集成能力。这个进展为解开宇宙之谜提供了新的实验路径,也提示未来通过多地协同、多技术融合的方式,暗物质探测有望取得更关键的结果。随着有关技术持续完善并扩展应用,更多隐藏在宇宙中的线索,有望在更严格、更可复现的实验检验中逐步显现。