【大纪元2021年08月19日讯】（大纪元记者高文森编译报导）美国国家标准技术研究所（NIST）的研究人员发明了一种由二维量子晶体构成的感应器，敏感度是现在最先进的暗物质探测器的10倍，为科学家探索暗物质带来新的希望。
科学家寻找暗物质已经有几十年的时间。越来越多的间接证据表明，宇宙中存在这种物质，它在宇宙中的含量是可见的普通物质的五倍，可是至今找不到任何直接证据显示它的存在。
暗物质理论认为这种物质不会反射、衍射、折射任何光线，或者说它不会与光发生任何形式的互动，但是它会对有质量的物体产生引力。
在暗物质这个大范围的理论下，科学家对于到底暗物质是由哪些粒子组成的，有很多不同的猜测。其中一种叫做轴子（axion），是很多科学家在投入探索的粒子。理论模型显示轴子是中性电荷的粒子，几乎没有质量，在宇宙中以波的形式移动。理论预测这种粒子对电磁场具有弱影响力。
科学家设计了包括轴子收音机（axion radios）、空穴量子位（quantum bits in cavities）、甜甜圈形磁铁等多个实验捕获神秘的轴子，但是都还没有突破性的进展。
NIST的研究人员认为，这次发明的二维量子晶体是探索轴子的新工具，它的敏感度是同类实验所用仪器的10倍。它由最多达150个铍离子禁锢在一个磁场内组成，这种设计让它们排列成只有200微米厚度的平面形态。在遇到外部电场的时候，这层原子会上下振动，就像鼓膜那样。
所以，研究人员设想在没有任何外部电场的环境下，一旦这些离子出现振动，就意味着有轴子或是其它类型的暗物质粒子从它们之间穿过。
研究介绍，它超高的敏感度是使用了量子物理学神奇的纠缠现象。轴子对离子造成的影响是非常微小的，利用量子纠缠的特性，研究人员把影响的效果放大。
研究人员利用纵横交错的激光束刺激这些离子，使它们的动向这个物理特性和自旋这个电子特性形成纠缠，意即离子任何轻微的移动都会通过其自旋属性展现出来。
具体来说，研究称比如让所有的离子都呈现“上旋”的状态，如果有任何轴子对它们形成干扰，这些离子的自旋特性一定会出现变化。而这个变化很容易检测到：离子处于上旋的状态时，晶体会发光；如果下旋，晶体则变暗。通过这种量子晶体发光的情况，研究人员就能探测到是否有轴子穿过这个仪器。
这份研究8月6日发表于《科学》（Science）期刊。◇#
责任编辑：叶紫微
