合肥——由中国科学家领导的一个国际团队采用了尖端的量子技术，直接探索宇宙中最难以捉摸的物质，这是一项非凡的努力，大大提高了探测能力。在浩瀚的宇宙中，可见物质的大小从最小的尘埃到地球等巨大的天体，甚至整个星系，都只占宇宙总质量的5%左右。剩下的95%被认为是由暗物质和暗能量组成的。科学家们仍然无法识别暗物质，这是一种深刻影响我们宇宙结构和演化的奇特成分。
可能的候选者包括弱相互作用大质量粒子（WIMP）和轴子。公理已经成为一个特别有趣的研究对象，而到目前为止，对WIMP的搜索还没有发现这种看不见的物质。量子精密测量技术利用了量子自旋和量子纠缠等令人难以置信的特性，能够超灵敏地检测微小的能级，为寻找暗物质提供了一种革命性的方法。中国科技大学和加州大学伯克利分校的科学家利用极化惰性气体建立了一种基于量子自旋相互作用的超灵敏轴子探测器。
与传统方法相比，该探测器将相互作用灵敏度提高了145倍。此外，它还实现了对经典磁场引起的干扰的天文数字级减少，避免了杂散信号。尽管该团队尚未发现轴子暗物质的确切证据，但他们对扩展到“轴子窗口”的中子-中子耦合施加了迄今为止最严格的限制，这是一个理论上有利的质量范围，假设的粒子可能隐藏在这个范围内。
根据最近发表在《物理评论快报》杂志上的一项研究，该实验将之前的约束条件提高了至少50倍，为这一领域树立了新的基准。研究结果突显了量子技术在暗物质探索领域的巨大潜力，展示了尖端技术在推进前沿科学方面的作用。印第安纳大学布卢明顿分校的物理学家W.Michael Snow评论道，这项研究“以两项新发展的应用而闻名——磁放大和信号模板”，这使团队能够将灵敏度“提高到现有技术水平的两个数量级”。
除了基于地球的实验，该团队负责人彭新华在2023年提出了一项计划，即在中国空间站部署量子传感器，利用空间站绕地球的高速运动来支持对轴子的搜索。彭说，这项研究也具有巨大的实际应用潜力，例如提高磁共振成像在精准医学中的准确性，并实现更先进的深海探索。