科学家创造特殊量子晶体：直指暗物质粒子——轴子

利用一种特殊的量子力学原理，研究人员创造了一种特殊的铍晶体，可以探测极其微弱的电磁场。这一成果可能在未来用于探测假想的暗物质粒子mdashmdash轴。

原子物理学家利用电极磁场系统，克服铍粒子之间的自然排斥，将150个带电的铍粒子捕获在一起，从而创造出这种独特的量子晶体。

当铍离子被这个电极磁场系统包围时，这些原子会自动结合成一层薄膜，其厚度大约是人类头发直径的两倍。

这样的组合就像一个晶体，受到外力的干扰就会振荡。当这些原子变成激发态时，它们不会独立运动，而是作为一个整体一起振动。

这是铍。Crystal rdquo遇到电磁场会有一定的反应。通过它们的振动，可以测量电磁场的强度。

但任何量子力学系统的测量都受制于海森堡测不准原理，即不能同时精确测量粒子的位置和动能。

然而，该团队利用量子纠缠原理成功地规避了这一限制。

物理学家已经在铍离子的运动和自旋之间建立了一种纠缠关系。如果把量子系统比作迷你箭头，自旋描述了这些箭头的方向，比如ldquo向上rdquo或者ldquo向下rdquo。

当晶体振荡时，会发生一定量的位移，但由于海森堡测不准原理，位移测量的精度总是有限的，其中还包含大量的量子噪声。为了测量这个位移。位移的程度必须大于量子噪声。

离子运动和自旋之间的纠缠可以分散量子噪声，从而降低噪声，并允许研究人员测量晶体产生的超弱波动。为了测试它的性能，他们向系统释放了一种微弱的电磁波来观察系统的振荡。

这种晶体探测微弱电磁信号的灵敏度比以前的量子传感器高十倍，但研究小组认为，如果铍离子的数量增加，可能会建造一种更灵敏的探测器来搜索轴子。

轴是一个假想的超轻暗物质粒子，质量只有电子的百万分之一甚至十亿分之一。

一些轴子模型认为轴子有时可以转化为光子，在这种情况下它不再是ldquo黑暗rdquo物质，但会产生微弱的电磁场。

如果轴子在铍晶体所在的实验室中飞过，这些晶体可能能够捕捉到轴子的存在。

这项研究除了有助于搜寻暗物质外，还可能应用于各种场景，如在实验室中搜寻电线产生的杂散电磁场，或进行材料检查等。

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