科學(xué)家們已經(jīng)能夠觀察到宇宙，并確定其質(zhì)量的80%左右似乎是“暗物質(zhì)”，它施加引力，但不與光相互作用，因此不能用望遠(yuǎn)鏡看到。我們目前對(duì)宇宙學(xué)和核物理學(xué)的理解表明，暗物質(zhì)可以由軸子（6種可能的組成暗物質(zhì)的粒子之一）構(gòu)成，這是一種具有不尋常對(duì)稱性的假設(shè)粒子。
在一篇發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上的新文章中，強(qiáng)調(diào)了利用玻色-愛因斯坦凝聚體的獨(dú)特性質(zhì)尋找軸子。
軸子被認(rèn)為是極低質(zhì)量的粒子，在空間中流動(dòng)，很少與普通物質(zhì)相互作用。它們的信號(hào)非常微弱，使得探測(cè)變得非常困難。這大致相當(dāng)于你從火星上使用手機(jī)的人身上獲得的信號(hào)功率。如果它存在的話，將意味著“奇異的自旋相關(guān)力”。磁，最著名的自旋相關(guān)力，使電子沿著磁場(chǎng)指向自己的自旋，就像羅盤指向北方一樣。磁性是由虛擬光子攜帶的，而“奇異的”自旋相關(guān)力則由虛擬軸子（或類軸子粒子）攜帶。這些力作用于電子和原子核，不僅由磁鐵產(chǎn)生，也由普通物質(zhì)產(chǎn)生。要知道軸子是否真的存在，一個(gè)好的方法是觀察原子核是否傾向于指向其他物質(zhì)。
類軸子粒子被認(rèn)為是由某些量子相互作用產(chǎn)生的，但它們有一種奇怪的性質(zhì)，它們通過(guò)強(qiáng)磁場(chǎng)就可以測(cè)量出來(lái)。盡管這些粒子被認(rèn)為是非常輕的，它們的“重量”不到電子質(zhì)量的十億分之一，但宇宙可能被它們淹沒(méi)，形成一個(gè)巨大的引力體，這可以解釋宇宙大部分質(zhì)量隱藏在哪里。
目前，有幾個(gè)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)在尋找這些力，使用的是“磁感應(yīng)計(jì)”，它們是在同一個(gè)地方配對(duì)的磁傳感器。通過(guò)比較兩個(gè)傳感器的信號(hào)，可以消除普通磁場(chǎng)的影響，只留下新力的影響。到目前為止，磁感應(yīng)計(jì)只能尋找達(dá)到一米或更多的自旋相關(guān)力。為了尋找短程自旋相關(guān)力，需要一個(gè)更小的磁敏計(jì)。
玻色-愛因斯坦凝聚體（BEC）是幾乎冷卻到絕對(duì)零度的氣體。由于玻色-愛因斯坦凝聚體是超流體，它們的組成原子可以在沒(méi)有任何摩擦的情況下自由旋轉(zhuǎn)幾秒鐘，使得它們對(duì)磁場(chǎng)和新的外來(lái)力都異常敏感。玻色-愛因斯坦凝聚體也很小，大約10微米左右。然而，要制作玻色-愛因斯坦凝聚體磁敏計(jì)，需要解決一個(gè)棘手的問(wèn)題：如何將兩個(gè)玻色-愛因斯坦凝聚體磁敏計(jì)放在同一小體積內(nèi)。
在這篇論文的研究中，研究人員報(bào)告說(shuō)，他們能夠通過(guò)使用同一87Rb-BEC的兩種不同的內(nèi)部狀態(tài)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，每一種狀態(tài)都充當(dāng)一個(gè)單獨(dú)但位于同一位置的磁敏計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了所預(yù)測(cè)的高抗普通磁場(chǎng)噪聲能力和尋找范圍比以往實(shí)驗(yàn)短得多的外來(lái)力的能力。除了尋找軸子外，該技術(shù)還可以提高超冷碰撞物理的精確測(cè)量和玻色-愛因斯坦凝聚體中量子關(guān)聯(lián)的研究。
聯(lián)系客服
