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研究快讯 | 使用频率可调的抗磁悬浮探测器寻找超轻暗物质
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EXPRESS LETTER
Search for Ultralight Dark Matter with a Frequency Adjustable Diamagnetic Levitated Sensor
Rui Li (李睿), Shaochun Lin (林劭春), Liang Zhang (张亮), Changkui Duan (段昌奎), Pu Huang (黄璞), and Jiangfeng Du (杜江峰)
Chin. Phys. Lett. 2023, 40 (6): 069502
DOI: 10.1088/0256-307X/40/6/069502
文章亮点
提出利用抗磁悬浮系统测量超轻暗物质的新方案，相比此前实验系统，在测量精度上预计有一个量级以上的提升，展现了抗磁悬浮系统在精密测量以及探索标准模型外的新物理领域的潜力。
左图：抗磁悬浮系统测量超轻暗物质实验方案示意图。右图：超轻暗物质参数空间覆盖范围图，相比此前实验系统，该抗磁悬浮方案的探测范围扩展了一个量级以上。
使用频率可调的抗磁悬浮探测器寻找超轻暗物质
研究背景
在天文观测中发现星系的实际运动速度远超过了通过其质量预估的运动速度，这证明了暗物质的存在，并且根据估计，宇宙中暗能量与暗物质共占宇宙密度的90%以上，但目前的科学研究对暗物质依然知之甚少。近年来由超轻玻色子构成的暗物质场受到广泛关注，目前国际上已有相当多的地面精密测量系统用于探测超轻暗物质场[Phys. Rev. Lett. 129, 241301 (2022), Phys. Rev. D 105, 042007 (2022)]。当考虑超轻暗物质场与物质中的中子数耦合产生作用时，该作用力的大小与物质质量成正比，而抗磁悬浮系统是最近几年发展的超高灵敏度力学探测系统，其在低频区域高加速度探测灵敏度的特点，使其可以作为优秀的探测超轻暗物质的候选系统，但目前尚未有具体的使用抗磁悬浮装置探测超轻暗物质的方案。
内容简介
最近中国科学技术大学的杜江峰院士课题组与南京大学黄璞教授课题组，提出了使用抗磁悬浮系统探测超轻暗物质场的实验方案。该方案通过操控磁势场调节悬浮振子本征频率，使得系统在0.1Hz—100Hz范围内，保持很高的加速度探测灵敏度，相比此前系统预计有一个量级以上的提升。该工作不但证明了抗磁悬浮系统在暗物质探测方面的潜力，同时也为其在其他加速度精密测量领域的应用打下基础。
研究意义和重要性
该工作提出的利用抗磁悬浮系统测量暗物质的方案，展现了抗磁悬浮系统在暗物质测量领域的潜力，并且随着未来量子测量技术的进一步发展，探测灵敏度可能突破标准量子极限，这将在新物理探索上开启更多研究可能。
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