中国科大在量子精密测量、暗物质探测领域同时取得重大进展

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11 月 23 日消息，据中科大官网，11 月 18 日，中国科大中科院微观磁共振重点实验室彭新华研究组和德国亥姆霍兹研究所的 Dmitry Budker 教授组合作，开发出一种新型的超灵敏量子精密测量技术。

研究人员利用该新技术进一步开展了暗物质的实验直接搜寻，实验结果比先前的国际最好水平提升至少 5 个数量级，并首次突破国际公认最强的宇宙天文学界限。

大量的天文学观测表明，宇宙物质组成中的绝大部分为暗物质，占到了约 85%，而我们所熟悉的普通物质只占约 15%。不过目前还没有找到暗物质存在的直接证据。

彭新华研究组利用气态氙和铷原子混合蒸气室，发明了具有超高灵敏度和“桌面式”的新型核自旋量子测量技术，实现了迄今为止国际最佳灵敏度的核自旋磁传感器。研究人员设计出了第一台磁场量子放大器，并命名为“spin-based amplifier”（“自旋放大器”），该放大器具有超低磁场本底噪声，是极佳的磁场放大设备。进一步，研究人员将这台自旋放大器与团队已发展的原子磁力计相结合，将原子磁力计的磁探测灵敏度提高了 100 倍。

量子精密测量技术可以实现超高灵敏度的磁场探测，这也为暗物质搜寻提供了变革性手段。 彭新华研究组巧妙地利用自旋放大器来放大暗物质产生的“赝磁场”，大大提高了暗物质的搜寻灵敏度，完成了 feV-peV 低能区暗物质的实验直接搜寻，获得的暗物质与原子核耦合强度界限优于国际最佳界限（由 CASPEr 组 2019 年公布）至少 5 个数量级，并且首次突破宇宙天文学界限（SN1987A）。

了解到，中国科学院微观磁共振重点实验室江敏副研究员和苏昊文博士研究生为论文共同第一作者，彭新华教授为该文通讯作者。该研究得到了科技部、国家自然科学基金委、安徽省的资助。

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