中國(guó)科學(xué)院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的彭新華教授和江敏副教授領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)，近日在國(guó)際上引起了廣泛關(guān)注。他們利用先進(jìn)的量子精密測(cè)量技術(shù)，在難以捉摸的“軸子窗口”（10 ueV-1 meV）內(nèi)，對(duì)軸子暗物質(zhì)進(jìn)行了直接搜尋實(shí)驗(yàn)，成功將探測(cè)界限推升了至少50倍。

這一重大突破已于11月4日被國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》所刊登，并被選為“編輯推薦”文章，足見其重要性。同時(shí)，該研究成果也獲得了美國(guó)物理學(xué)會(huì)Physics Viewpoint欄目的專文評(píng)述，印第安納大學(xué)伯明頓分校的Michael Snow教授對(duì)其創(chuàng)新性給予了高度評(píng)價(jià)。

粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型雖然經(jīng)歷了半個(gè)世紀(jì)的驗(yàn)證，但它所描述的粒子和相互作用僅占宇宙能量密度的5%。因此，探尋暗物質(zhì)，尤其是軸子這種熱門候選粒子，成為了物理學(xué)界的前沿課題。軸子與標(biāo)準(zhǔn)模型粒子的相互作用微弱，但能夠引起能級(jí)的微小移動(dòng)，這為量子精密測(cè)量技術(shù)提供了用武之地。

研究團(tuán)隊(duì)采用了兩個(gè)相距60毫米的極化129Xe原子系綜，其中一個(gè)作為自旋傳感器，另一個(gè)作為自旋源，來探測(cè)軸子暗物質(zhì)誘導(dǎo)的自旋相關(guān)相互作用。通過混入堿金屬，他們成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)原子系綜極化矢量信號(hào)的高達(dá)145倍的放大，從而構(gòu)建了一個(gè)極為靈敏的軸子暗物質(zhì)探測(cè)器。

然而，軸子暗物質(zhì)的信號(hào)極其微弱，極易受到環(huán)境噪聲和經(jīng)典磁場(chǎng)干擾的影響。為了克服這一難題，研究人員精心設(shè)計(jì)了磁屏蔽系統(tǒng)，將經(jīng)典磁場(chǎng)信號(hào)抑制了驚人的1010倍。他們還運(yùn)用了最優(yōu)濾波技術(shù)，以最大限度地提高信噪比。

盡管在這次實(shí)驗(yàn)中未能直接觀測(cè)到軸子暗物質(zhì)的存在證據(jù)，但研究團(tuán)隊(duì)在軸子窗口內(nèi)給出了迄今為止最強(qiáng)的中子-中子耦合界限，刷新了國(guó)際紀(jì)錄。這一成果不僅彰顯了量子精密測(cè)量技術(shù)在暗物質(zhì)探測(cè)中的巨大潛力，也為未來的暗物質(zhì)研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。