科学家用世界上最灵敏的超低温量子探测器搜寻暗物质

兰卡斯特大学（Lancaster University）、牛津大学和伦敦大学皇家霍洛威学院的科学家们正致力于破解科学界最难解答的谜团之一。

暗物质约占宇宙物质的 80%，虽然人眼无法看到。然而，它不断渗透到我们体内，每秒可能有数万亿个粒子。

暗物质的引力效应是有可能观察到的，但迄今为止研究人员还无法直接探测到。

科学家们准备利用尖端的量子技术，开发出迄今为止最灵敏的暗物质探测器，为揭开宇宙神秘暗物质的秘密铺平道路。

EPSRC （工程与物理科学研究委员会）研究员 Autti 表示：“我们正在利用超低温量子技术构建迄今为止最灵敏的探测器。我们的目标是在实验室中直接观察这种神秘物质，并解决科学界最大的谜团之一。”

尽管有观测证据间接指向该星系中的典型暗物质密度，但组成粒子的质量及其与普通原子的潜在相互作用仍然未知。

粒子物理理论提出了两种暗物质的潜在候选者：相互作用极弱、尚未被观测到的新粒子，以及被称为轴子的极轻的波状粒子。该团队正在构建两个实验，分别对这二者进行研究。

普通物质与具有超弱相互作用的新粒子的碰撞可能会导致探测到这些粒子。这些碰撞能否在实验中区分取决于所寻找的暗物质的质量。大多数现有的搜索都能够发现比氢原子重 5 到 1,000 倍的暗物质粒子，但也有可能发现更轻的暗物质。

暗物质和宇宙学量子增强超流体技术 (QUEST-DMC) 团队致力于实现世界上最高的灵敏度，以探测与质量在 0.01 到几个氢原子之间的暗物质候选体的碰撞。为了实现这一目标，使用由超流体氦-3 组成的探测器，冷却到宏观量子态，并配备超导量子放大器。通过结合这两种量子技术，探测器能够探测到暗物质碰撞的极其微弱的迹象。

相反，如果轴子构成暗物质，它们将非常轻——比氢原子轻 10 亿倍以上——但数量也多得多。虽然科学家无法观察到轴子碰撞，但他们可以寻找不同的迹象：轴子在磁场中衰变时产生的电信号。这种现象只能使用极其灵敏的放大器来检测，该放大器以量子力学允许的最高精度运行。

因此，隐藏部门量子传感器 (QSHS) 团队正在创建一种新型量子放大器，非常适合检测轴子信号。

该团队将展示他们利用光稀释制冷机实现超低温的能力，同时他们还将展示一个暗物质粒子碰撞探测器模型，以说明如果暗物质表现出与正常物质相似的特性，我们将重新认识我们的宇宙。