美国能源部费米国家加速器实验室和芝加哥大学的科学家们开发出一种基于量子技术的新技术，该技术将推动对暗物质的探索。暗物质是一种不可见的物质，占宇宙所有物质的85%。
他们合作开发了一种叫做量子位元的超导设备，可以探测到两种假想的亚原子粒子发出的微弱信号。这两种亚原子粒子可能存在于宇宙中一个不可见但普遍存在的黑暗区域。其中一个被称为轴子，是暗物质的主要候选者。另一种被称为隐藏光子，一个可能与可见宇宙的光子相互作用的粒子。
这项技术对粒子的灵敏度是传统量子测量基准——量子极限的36倍，使暗物质的搜索速度加快了1000倍。在这项技术中，量子位被设计用来探测暗物质粒子与电磁场相互作用时产生的光子。
该技术灵敏度的关键在于它能够消除假阳性读数。传统技术会破坏它们所测量的光子，但新技术可以探测光子而不破坏它。在同一光子500微秒的生命周期内对其进行重复测量，可以防止错误读取。
芝加哥大学物理学博士生阿卡什·迪克西特表示：“用量子位对光子进行一次测量大约需要10微秒，因此我们可以在同一个光子的生命周期内对其进行约50次重复测量。”科学家称：“使用传统技术进行的实验远远不能满足我们探测高质量轴子暗物质所需的条件，噪音太大。”
有两种方法可以使实验对科学家正在寻找的新物理学的细微提示更加敏感。一种是通过制造更大的检测器来增强信号。另一个降低隐藏目标信号的噪音。芝加哥费米实验室大学的团队完成了后者。
科学家表示：“这是一种更聪明、更廉价的方法，可以同样大幅提高灵敏度。目前静态噪声已经降低了很多。”
该技术将有利于寻找任何暗物质候选物，因为当不可见粒子转化为光子时，就可以将其检测出来。
自从轴子在30多年前被提出以来，物理学家在探测轴子方面几乎没有什么进展。
超导微波腔对于这项新技术至关重要。 实验中使用的腔体是由纯度为99.9999％的铝制成。 在极低的温度下，铝变得超导，这是一种延长量子位元寿命的特性。超导腔体提供了一种存储信号光子的方式。量子位元是插入空腔的天线，然后测量光子。
同样的技术可以发现隐藏的光子和轴子，后者将需要一个高磁场来检测。如果存在轴子，则本实验提供了万分之一的机会来探测暗物质相互作用产生的光子。
芝加哥大学物理学教授表示：“为了进一步提高我们感知这种罕见事件的能力，需要降低光子的温度。”降低光子温度将进一步提高对所有暗物质候选者（包括隐藏的光子）的敏感性。（编译/王慧兰）
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