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利记体育登陆:原子与分子物理学等多基础学科的发展

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记者近日从中国科学技术大学获悉,彭新华教授的研究小组与德国科学家开发了一种用于暗物质实验的新型超灵敏量子精密测量技术。直接搜索,实验结果比以往的国际最佳水平至少高出5个数量级。相关研究结果最近发表在国际杂志《自然·物理》网络版上。

暗物质约占宇宙质量组成的85%。然而,迄今为止还没有发现暗物质存在的直接证据。彭新华课组利用气态氙和铷原子混合蒸汽室,发明了一种新型超高灵敏度核自旋量子测量技术,实现了一种新型核自旋磁传感器。该技术首先利用激光对铷原子蒸气进行极化,然后利用铷原子与气态氙原子之间的自旋交换碰撞对氙原子的核自旋进行极化。基于这一物理机制,研究人员设计了一种磁场量子放大器,并将该自旋放大器与团队开发的原子磁强计相结合,将原子磁强计的磁探测灵敏度提高100倍。

该理论预测暗物质和原子核的相互作用将非常微弱。这种相互作用相当于在原子核的自旋上施加一个微小的磁场——“伪磁场”。超灵敏的磁场探测装置可以测试这种微小的“伪磁场”,以发现暗物质粒子存在的迹象。彭新华的研究小组使用自旋放大器放大暗物质产生的“伪磁场”,大大提高了暗物质的搜索灵敏度。与传统的大规模暗物质科学装置相比,该装置只需要桌面大小的空间布局。

这一成果充分展示了量子精密测量技术与暗物质探测的交叉,有望促进宇宙天文学、粒子物理学、原子与分子物理学等多基础学科的发展。
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