記者11月22日從中國科學技術大學獲悉，該校彭新華教授研究組與德國科學家合作開發出一種新型超靈敏量子精密量測科技，並用於暗物質的實驗直接搜尋，實驗結果比先前的國際最好水準提升至少5個數量級，首次突破國際公認最强的宇宙天文學界限。相關成果日前線上發表於《自然·物理學》。

宇宙物質組成中的絕大部分為暗物質，占到了約85%，我們所熟悉的普通物質只占約15%。為了尋找這些神秘的暗物質粒子，多個國家佈局一系列國家級甚至世界級暗物質探測的實驗探測計畫，然而迄今為止還沒有找到暗物質存在的直接證據。

彭新華研究組利用氣態氙和銣原子混合蒸氣室，發明了具有超高靈敏度的新型核自旋量子量測科技，實現了國際最佳靈敏度的核自旋磁感測器。該工作報導了一種全新的自旋放大效應，其放大機制完全不同於以往機制。該科技利用雷射先極化銣原子蒸氣，再利用銣與氣態氙原子的自旋交換碰撞，從而將氙原子的核自旋極化。相比傳統熱極化方法，新技術利用光極化的方法獲得了接近0.3的自旋極化度，遠超過傳統方法。傳統方法採用對氙原子進行外部探測，而新技術通過銣原子與氙原子的隨機自旋交換碰撞，就可以將氙原子的訊號高靈敏讀出，極大地簡化了裝置體積和複雜度。基於該物理機制，研究人員設計出磁場量子放大器，並將這臺自旋放大器與團隊已發展的原子磁力計相結合，將原子磁力計的磁探測靈敏度提高了100倍。

彭新華研究組利用自旋放大器來放大暗物質產生的“贗磁場”，大大提高了暗物質的搜尋靈敏度。相比傳統大型暗物質科學裝置，該設備只需案頭尺寸的空間佈局。

這一成果充分展示了量子精密量測科技與暗物質探測的交叉融合，有望激發宇宙天文學、粒子物理學和原子分子物理學等多個基礎科學的廣泛興趣。（記者陳婉婉）