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中国科大团队构建全球首个核自旋量子“捕手”

　　中新社合肥1月29日电 (记者吴兰)中国科学技术大学团队近日成功构建了全球首个基于原子核自旋的量子传感网络，为搜寻宇宙“隐形邻居”提供突破性工具。

　　1月29日凌晨，国际学术期刊《自然》(Nature)刊发了这一在暗物质探测灵敏度再攀高峰的突破性研究成果。该成果由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团队取得。

基于城际量子传感网络的暗物质搜寻示意图(概念图)。(黄雯制图)

　　在浩瀚宇宙中，人类肉眼可见的恒星、行星等普通物质，仅占宇宙总质量的4.9%。而占比高达26.8%的暗物质，就像一位“隐形邻居”——它不发光、不与普通物质发生电磁相互作用，却能通过引力影响星系运动，是宇宙构成的关键部分。

　　轴子作为暗物质的热门候选者，其形成的场可能存在“宇宙褶皱”般的拓扑缺陷，被科学家形象地称为“暗物质墙”。当地球穿越这堵“无形之墙”时，轴子可能与量子传感器中的原子核发生极微弱的相互作用，产生转瞬即逝的信号。要捕捉这个信号，难度堪比在沸腾的广场上，精准分辨出一片特定雪花落地的声音。

　　为攻克探测难题，研究团队给量子传感器装上了两件“硬核装备”：一是将转瞬即逝的信号“储存”在接近分钟级的核自旋相干态中，大幅延长了信号探测窗口；二是通过自研量子放大技术，将微弱信号增强一百倍，让“蛛丝马迹”不再难寻。

　　团队还将五台超灵敏量子传感器分别部署在合肥与杭州，通过卫星时间精确同步，构建成分布式探测网络。这种组网模式能极大过滤误报，让探测结果的可靠性达到前所未有的高度。

　　经过两个月的持续观测，团队虽未捕捉到明确的“暗物质墙”穿越信号，却取得了关键进展：在广泛的轴子质量范围内，给出了该暗物质模型最严格的限制标准。

　　其中部分质量区间的限制精度比天文学家用超新星观测的结果高出40倍，首次实现实验室探测精度超越天文观测。

　　《自然》审稿人高度评价：“这项工作为粒子物理和天体物理研究提供了强大工具，将激发新的研究浪潮。”

　　据科研人员介绍，该研究不仅为暗物质探测开辟了新路径，其网络化、分布式探测思路，未来还可与引力波天文台协同，用于搜寻更多宇宙奥秘。

　　目前，该团队计划进一步扩大“量子探测网”的覆盖范围，通过全球组网、空间部署等方式，将探测灵敏度再提升4个数量级，让这张“探测网”持续向宇宙更深处探索。(完)

【编辑:胡寒笑】

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