量子传感器助力追踪轻暗物质运动
暗物质是一种极其难以探测的物质形式，它既不发光，也不吸收或反射光，与普通物质的相互作用极弱。这些特性使得科学家难以用传统方法来研究它。
尽管暗物质的存在已被广泛接受，但其具体组成仍是一个未解之谜。有一种假设认为，这种神秘物质可能由质量极轻的粒子构成，这些粒子的质量低于1电子伏特，其行为更像波而非粒子。
近日，来自东京大学和中央大学的研究人员尝试探索量子传感器在探测亚GeV级轻暗物质中的应用。量子传感器是一种基于量子力学原理构建的先进系统，能够探测极其微弱的信号。
他们将相关成果发表在《物理评论快报》上，指出这类高灵敏度传感器在确定轻暗物质运动速度和方向方面展现出巨大潜力。
该论文第一作者福田 Hajime 在与 Phys.org 的交流中提到，他在 arXiv 平台上浏览量子物理领域的最新论文时，注意到分布式量子传感已成为一个热门研究方向。
“当时我们就在思考，是否可以将这一技术引入高能物理领域，并尝试用于暗物质探测。”福田表示。
探索轻暗物质运动轨迹
福田及其团队的研究目标是将量子工程的最新进展与粒子物理学相结合，旨在提升暗物质探测的效率和精度。目前，科学家主要通过探测暗物质粒子与探测器内材料、原子或原子核碰撞时产生的微弱信号来寻找重暗物质。
福田指出：“对于重暗物质，测量其速度在理论上是可行的，尽管实验上仍充满挑战。”
“但对于轻暗物质，传统方法通常依赖于激发某种离散模式，因此无法准确测得其速度。我们发现，如果改用空间分布式的探测策略，而非依赖于空间扩展信号（如反冲路径），就能更有效地捕捉其速度信息。”
研究人员提出了一种新的方法，通过部署多个探测器和一套量子测量协议，来提取轻暗物质的速度和方向信息。通过将探测器采集的数据纳入量子传感器系统进行处理，研究团队得以分析暗物质的运动特征。
经过一系列系统分析，研究人员确认，这种方法能够显著提升探测灵敏度。
福田进一步解释说：“以往的研究尝试利用细长探测器或经典探测器阵列来探测轻暗物质，但这些方法高度依赖于特定的相互作用类型。相比之下，我们的方法基于量子传感器阵列，具备更强的通用性和更高的精度。”
开启暗物质探测的新方向
这项研究成果为寻找轻暗物质提供了一种全新的技术路径，有望在不久的将来得到进一步验证，并在实际实验中应用。
福田表示：“我们证明了量子方法在高能物理中同样具有重要意义。”
“我相信量子传感器在我们这个领域还有更多潜在应用值得探索。在后续研究中，我们计划进一步优化方法，尝试利用传感器阵列不仅测量速度，还探索暗物质的空间分布。”
更多信息可参考：Hajime Fukuda 等人，《利用量子传感器定向搜索轻暗物质》，《物理评论快报》 (2025)。DOI：10.1103/cwx5-2n1y。
期刊信息： Physical Review Letters， arXiv