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特殊量子晶体也许能探测到暗物质粒子——轴子

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图为量子纠缠概念图。科学家将铍离子的运动与“yu”自旋纠缠在了一起,创造出了一种特殊的铍晶体,可以探测到极其微弱的电磁场。

  10月11日消息,据国外媒体报导,利用一种奇特的量子力学原理,研究人员创造出了一种特殊的铍晶体,能够“gou”探测到极其微弱的电磁场。这项成果日后或许可以用于探测假想中的暗物质粒子——轴子。

  原子物理学家用一套电极+磁场系统克服了铍粒子之间的{de}天然排斥力,将150个带电铍粒子困在一起,从而创造出了这种独特的量子晶体。

  当用这套电极+磁场系统 tong[围困住铍离子时,这些原子便自动组合成了一“yi”张薄膜 mo[,厚度约为人类头发直径的两倍。这样的组合就像晶体一样,受到外力干扰(rao)时会发生振荡,将〖jiang〗这些原子变为激发态时,它们不会各动各的,而是会作{zuo}为一个整体共同振动。

  这种铍“晶〖jing〗体”遇“yu”到电磁场时会产生一定反应。通过它们的振动情况,便可测算出电磁场的强度。

  但对“dui”任何量子【zi】力学系统的测量都受制于海森堡不确定性原{yuan}理:即粒子的位置和动能等特性无法同时准确测出。不过,该团队利用量子纠缠原理【li】,设法绕开了这一限制。

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  物“wu”理学家将铍离子的运动与自旋之间建立起了纠缠关系。如果将量子系统比作一个个 ge[迷你的箭头《tou》,自旋就描【miao】述了这些箭头的指向,比如“向上”或者“向下”。

  晶体发生振荡时,会产‘chan’生一定量的位移。但由于海森“sen”堡不确定性原理,对位移的测量精确度{du}始终受限,其中还包含大量量子噪声。要想测量出这种位移,“位移程「cheng」度必须大于量子噪声才行”。

  离〖li〗子的运动与自旋之间的纠缠关系可以将量子噪声分散开来,从而降低噪声(sheng),让研『yan』究人员得以测量出晶体产生的超微{wei}弱波动。为测试其性能,他们向这“zhe”套系统释放了一道微弱的电磁波,借此观察系统的振荡情况。

  该晶体探测微弱电磁信号的敏『min』感度已经比之前的量子传感器高了十倍,但该团队认〖ren〗为,如 ru[果增加铍离子的数量,或许还能打造出一台更加敏感的探测器,用于轴子的搜索。

  轴子是一种〖zhong〗假想中的超轻暗物质粒子,质量只有电子的百万分、甚至(zhi)10亿分之一。一些轴子‘zi’模型认为,轴子有时可以转化为光子(zi),在这种情况下,它就不再是“暗”物质了,而是会产生微弱的电磁场。假如上述铍晶体所在的实验室中有轴子飞过,这{zhe}些晶体或许便可捕捉到轴子的存在。

  除了有助于搜索暗物质之外,这项研究还可能应用于多种场景,比如搜索实验室中由‘you’电线产生的杂散电磁场、或进行材料探伤等等。(叶子)

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