量子晶體感應器或有助探測暗物質粒子
【大紀元2021年08月19日訊】（大紀元記者高文森編譯報導）美國國家標準技術研究所（NIST）的研究人員發明了一種由二維量子晶體構成的感應器，敏感度是現在最先進的暗物質探測器的10倍，為科學家探索暗物質帶來新的希望。
科學家尋找暗物質已經有幾十年的時間。越來越多的間接證據表明，宇宙中存在這種物質，它在宇宙中的含量是可見的普通物質的五倍，可是至今找不到任何直接證據顯示它的存在。
暗物質理論認為這種物質不會反射、衍射、折射任何光線，或者說它不會與光發生任何形式的互動，但是它會對有質量的物體產生引力。
在暗物質這個大範圍的理論下，科學家對於到底暗物質是由哪些粒子組成的，有很多不同的猜測。其中一種叫做軸子（axion），是很多科學家在投入探索的粒子。理論模型顯示軸子是中性電荷的粒子，幾乎沒有質量，在宇宙中以波的形式移動。理論預測這種粒子對電磁場具有弱影響力。
科學家設計了包括軸子收音機（axion radios）、空穴量子位（quantum bits in cavities）、甜甜圈形磁鐵等多個實驗捕獲神秘的軸子，但是都還沒有突破性的進展。
NIST的研究人員認為，這次發明的二維量子晶體是探索軸子的新工具，它的敏感度是同類實驗所用儀器的10倍。它由最多達150個鈹離子禁錮在一個磁場內組成，這種設計讓它們排列成只有200微米厚度的平面形態。在遇到外部電場的時候，這層原子會上下振動，就像鼓膜那樣。
所以，研究人員設想在沒有任何外部電場的環境下，一旦這些離子出現振動，就意味著有軸子或是其它類型的暗物質粒子從它們之間穿過。
研究介紹，它超高的敏感度是使用了量子物理學神奇的糾纏現象。軸子對離子造成的影響是非常微小的，利用量子糾纏的特性，研究人員把影響的效果放大。
研究人員利用縱橫交錯的激光束刺激這些離子，使它們的動向這個物理特性和自旋這個電子特性形成糾纏，意即離子任何輕微的移動都會通過其自旋屬性展現出來。
具體來說，研究稱比如讓所有的離子都呈現「上旋」的狀態，如果有任何軸子對它們形成干擾，這些離子的自旋特性一定會出現變化。而這個變化很容易檢測到：離子處於上旋的狀態時，晶體會發光；如果下旋，晶體則變暗。通過這種量子晶體發光的情況，研究人員就能探測到是否有軸子穿過這個儀器。
這份研究8月6日發表於《科學》（Science）期刊。
責任編輯：葉紫微
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