暗物质探测迎来新突破工具

本报合肥1月30日电 近日，中国科学技术大学自旋磁共振实验室彭新华教授和江敏教授的团队在《自然》杂志发表重磅研究，成功开发出国际首个利用原子核自旋实现的量子传感网络。该网络贯穿合肥和杭州两地，宛如宇宙中的高灵敏信号“监听阵列”，极大地提升了暗物质的探测能力，为揭示宇宙奥秘提供了全新手段。

在宇宙广阔的空间中，肉眼可见的恒星、行星等普通物质，仅约占总体质量的4.9%。而暗物质占比高达26.舆情网8%，如同看不见的“邻居”——无光、无电磁信号，与普通物质几乎无直接作用，却通过引力影响天体运动，成为宇宙结构的关键组成部分。

在暗物质诸多理论候选中，轴子被认为可能以一种特殊的场态存在，并形成科学家们称为“暗物质墙”的宇宙拓扑结构。一旦地球穿越这些“无形高墙”，轴子便可能与量子传感器中的原子核发生极其微弱的相互作用，只会留下极为短暂且微小的检测信号。想准确捕捉到这类信号，难度相当于在热闹人群中辨认掉落的一片雪花发出的动静。

为应对这一挑战，团队为量子传感器增加了两项核心能力：首先是将稍纵即逝的信号“锁存”在长达数十秒的核自旋相干态内，为检测争取更多时间；其次，团队自主研发了量子信号放大技术，使微弱信号强度提升百倍，从而使捕捉变得可行。

在此基础上，研究人员还将五台超灵敏的量子传感器分布于合肥和杭州两地，通过卫星时间进行高精度同步，建立起分布式量子探测网络。其核心原理在于：多地同时观测并比对信号，如果是真正的宇宙事件，各站会呈现出明确的时序关联，而本地噪音则无法同步，这大幅度减少了误报几率，使观测结果更为可信。

经过长达两个月的不间断采集数据，尽管团队尚未直接探测到“暗物质墙”现象，但获得的重要进展是——在涵盖广泛轴子质量区间内，对该类暗物质设定了迄今为止最为严格的约束标准。部分区间的精度甚至超过了天文观测超新星的相关实验四十倍，首次让实验室测试超过了以往的天文极限。

这一创新为人类探索暗物质提供了全新且高效的量子工具。论文审稿人评价，这项成果将为粒子物理与天体物理研究注入强大动力，并有望激发领域的创新与突破。

该研究不仅在暗物质探测方向开拓新思路，其网络化、分布式探测方法，今后还有望与引力波观测台联合应用，去寻找更多宇宙深层奥秘。目前，团队正筹划进一步扩展探测网范围，通过全球联网和进入太空等方式，不断提升暗物质探测的敏感度，持续追寻暗物质谜团的答案。