近日，中国科学技术大学中国科学院微观磁共振重点实验室彭新华教授、江敏副教授等，利用量子精密测量技术在“轴子窗口”内成功开展了轴子暗物质的直接搜寻实验，将国际上的探测界限提升了至少50倍。研究成果日前发表在国际学术期刊《物理评论快报》上。
研究人员巧妙地利用了两个相距60毫米的极化原子系综，在轴子窗口内探测轴子暗物质诱导的自旋相关相互作用。在实验装置中，以一个原子系综充当自旋传感器，另一个原子系综作为自旋源。为了提高原子系综核自旋的极化度或者探测灵敏度，研究人员在原子系综中混入碱金属，成功实现了对原子系综极化矢量信号高达145倍的放大，构建了一个超灵敏的轴子暗物质探测器。
然而，由于轴子暗物质信号极其微弱，经典磁场干扰可能成为高灵敏识别轴子信号的巨大挑战。为了克服这一挑战，研究人员精心设计了磁屏蔽系统，成功把经典磁场信号抑制了10的10次方倍。此外，他们还采用了在引力波探测中广泛应用的最优滤波技术，最大限度地提高轴子暗物质信号的信噪比。尽管研究人员暂时未能发现轴子暗物质存在的直接证据，但他们仍在轴子窗口内给出了迄今为止最强的中子-中子耦合界限，创造了新的国际最佳纪录。
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来源丨科技日报
