11日，記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉,，該校中國(guó)科學(xué)院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室彭新華教授、江敏副教授等研究人員利用量子精密測(cè)量技術(shù)在“軸子窗口”內(nèi)成功開展了軸子暗物質(zhì)的直接搜尋實(shí)驗(yàn),，將國(guó)際上該領(lǐng)域的探測(cè)界限提升了至少50倍,。研究成果日前發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。

　　粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型所描述的粒子和相互作用,，僅占據(jù)了觀測(cè)宇宙能量密度的5%,。大一統(tǒng)理論、弦理論以及超維理論等諸多超越標(biāo)準(zhǔn)模型的理論,，預(yù)言了軸子這種暗物質(zhì)的熱門候選粒子,。量子精密測(cè)量技術(shù)利用相干、關(guān)聯(lián)和糾纏等特性,，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱能級(jí)的超靈敏測(cè)量,，為暗物質(zhì)搜尋提供了變革性的手段。然而,，由于軸子暗物質(zhì)的信號(hào)極其微弱,，極易被環(huán)境噪聲和經(jīng)典磁場(chǎng)的干擾信號(hào)所掩蓋，因此僅有少數(shù)研究團(tuán)隊(duì)在這一質(zhì)量范圍開展過(guò)實(shí)驗(yàn)搜尋,。

　　中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)研究人員巧妙地利用了兩個(gè)相距60毫米的極化原子系綜,，在軸子窗口內(nèi)探測(cè)軸子暗物質(zhì)誘導(dǎo)的自旋相關(guān)相互作用,。研究人員在實(shí)驗(yàn)裝置中以一個(gè)原子系綜充當(dāng)自旋傳感器,，另一個(gè)原子系綜作為自旋源，為了提高原子系綜核自旋的極化度或者探測(cè)靈敏度,，他們?cè)谠酉稻C中混入堿金屬,，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)原子系綜極化矢量信號(hào)高達(dá)145倍的放大，構(gòu)建了一個(gè)超靈敏的軸子暗物質(zhì)探測(cè)器,。

　　然而,，由于軸子暗物質(zhì)信號(hào)極其微弱,，經(jīng)典磁場(chǎng)干擾可能成為高靈敏識(shí)別軸子信號(hào)的巨大挑戰(zhàn)。為了克服這一挑戰(zhàn),，研究人員精心設(shè)計(jì)了磁屏蔽系統(tǒng),，成功把經(jīng)典磁場(chǎng)信號(hào)抑制了1010倍。此外,，他們還采用了在引力波探測(cè)中廣泛應(yīng)用的最優(yōu)濾波技術(shù),，最大限度地提高軸子暗物質(zhì)信號(hào)的信噪比。盡管研究人員暫時(shí)未能發(fā)現(xiàn)軸子暗物質(zhì)存在的直接證據(jù),，但他們?nèi)栽谳S子窗口內(nèi)給出了迄今為止最強(qiáng)的中子—中子耦合界限,，創(chuàng)造了新的國(guó)際最佳紀(jì)錄。

　　研究人員表示,，這一成果不僅展示了量子精密測(cè)量技術(shù)在暗物質(zhì)探測(cè)領(lǐng)域的巨大潛力,，也為未來(lái)的相關(guān)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。(記者 吳長(zhǎng)鋒)

編輯：周大為