Yahoo奇摩新聞 世界上最靈敏的量子探測器正在尋找暗物質
暗物質，一種占宇宙80%物質的神秘存在，至今仍未被直接探測到。然而，科學家們卻能觀察到它的引力效應，這些效應無法用普通物質來解釋。為了直接探測暗物質，南岸大學、牛津大學和皇家哈洛威大學的科學家們正在利用最先進的量子技術，建造迄今最靈敏的暗物質探測器。
研究人員們包括來自南岸大學的Michael Thompson博士、Edward Laird教授、Dmitry Zmeev博士和Samuli Autti博士，牛津大學的Jocelyn Monroe教授，以及皇家哈洛威大學的Andrew Casey教授。他們的研究成果將在皇家學會的年度夏季科學展覽中展示，相關研究也已發表在《低溫物理學》期刊上。
使用量子技術
EPSRC研究員Autti博士表示，他們正在使用超低溫的量子技術，建造最靈敏的探測器，目的是在實驗室中直接觀測到這種神秘物質，解開科學界最大的謎團之一。
目前，暗物質的存在主要依賴於其引力效應的「間接觀測」，但其構成粒子的質量及與普通原子的可能相互作用尚未明確。粒子物理學理論提出了兩個可能的暗物質候選者：一是具有極弱相互作用的新粒子，二是被稱為「軸子」的非常輕的波狀粒子。
QUEST-DMC探測器 搭配量子技術測量極弱暗物質碰撞信號
為了探測這些候選者，研究團隊正在建造兩個實驗，一個是用來探測新粒子的超流氦-3探測器，該探測器冷卻至宏觀量子態，並配備超導量子放大器。這兩種量子技術的結合使探測器能夠測量極弱的暗物質碰撞信號。
另一方面，如果暗物質真的是由「軸子」組成，它們將極為輕盈，但相應地數量也會非常龐大。科學家無法探測軸子的碰撞，但可以通過搜索它們在磁場中衰變時產生的電信號來找到線索。為此，研究團隊正在開發一種新型的量子放大器，能以最高精度測量這種信號。
展覽與教育
在本年度的展覽中，參觀者可以通過互動展品來觀察不可見的事物，了解暗物質的存在方式。例如，展台上會有一個內置陀螺儀的盒子，它會因為看不見的角動量而移動，還有透明玻璃珠在液體中的展示，演示如何通過聰明的實驗觀察到不可見的質量。
此外，還有展示團隊如何實現超低溫的稀釋冷凍機模型，以及展示暗物質粒子碰撞探測器模型的互動展品。參觀者還可以使用模型軸子探測器搜索暗物質，並製作自己的參數放大器。
皇家學會公共參與委員會主席、宇宙學家Carlos Frenk表示，科學在幫助我們理解所生活的世界——無論是過去、現在還是未來方面都是至關重要的。他鼓勵各年齡層的參觀者帶著開放的心態、好奇心和熱情來參加展覽，並慶祝那些造福於我們所有人的科學成就。
相關研究已發表在《低溫物理學》期刊上。
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首圖來源：Lancaster University cc By 4.0
圖片來源：Journal of Low Temperature Physics cc By 4.0
參考論文：
1.QUEST-DMC: Background Modelling and Resulting Heat Deposit for a Superfluid Helium-3 Bolometer
Journal of Low Temperature Physics
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