量子传感器助力追踪轻暗物质方向
暗物质是一种难以探测的神秘物质，它既不发射光，也不吸收或反射光，且与普通物质的相互作用极其微弱。这种特性使得传统的粒子探测方法难以捕捉其踪迹。
尽管暗物质的存在已被广泛接受，但其具体组成仍是个谜。一种主流假说认为，暗物质可能由质量极轻的粒子构成，其质量甚至低于1电子伏特，这些粒子更像波而非传统意义上的粒子。
来自东京大学和中央大学的研究团队提出，量子传感器或许能成为探测这类轻暗物质的关键工具。这种传感器基于量子力学原理，具备极高的灵敏度，能够捕捉极其微弱的信号。
他们在《物理评论快报》上发表的研究表明，量子传感技术在探测轻暗物质的方向与速度方面具有显著潜力。
“我在arXiv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。”该论文的第一作者福田博（Hajime Fukuda）向 Phys.org 表示，“这促使我们思考，是否能将这一技术应用于高能物理领域，进而用于暗物质探测。”
捕捉轻暗物质的速度与方向
福田及其研究团队致力于将量子技术与粒子物理相结合，以提升当前暗物质探测的精度。迄今为止，科学家主要通过检测暗物质粒子与探测器材料之间的碰撞信号来搜寻重暗物质。
“对于重暗物质，测量其速度在理论上是可行的，尽管实验操作复杂。”福田解释道，“但对于轻暗物质，传统方法难以有效捕捉其速度信息。”
他指出：“我们通常采用的是离散模式的信号激发，但这种方法不适用于轻暗物质。相反，我们提出一种新的方案，通过空间扩展探测器而非传统的信号反冲来测量其速度。”
研究人员在论文中介绍了一种新颖的策略，该策略结合多个探测器与量子测量协议，能够从量子传感器数据中提取有关暗物质速度与方向的信息。通过系统分析，他们验证了该方法在提升探测灵敏度方面具有显著优势。
福田提到：“此前已有研究提出使用细长探测器或经典探测器阵列来探测轻暗物质，但这些方法受限于具体的相互作用类型。而我们的方法基于量子传感器阵列，不仅更具普适性，且灵敏度更高。”
量子传感开启暗物质研究新路径
这项研究为寻找轻暗物质提供了新的思路，有望在不久的将来应用于实际探测实验。同时，它也可能推动其他高能物理和粒子物理研究者探索量子传感技术在暗物质探测和粒子测量中的潜力。
福田表示：“我们的研究表明，量子方法在高能物理中可以发挥重要作用。”
“我相信，量子传感器在这一领域还有更多潜在用途，我们希望在未来进一步优化方法，并尝试通过传感器阵列不仅测量暗物质的速度，还研究其空间分布。”
更多信息：Hajime Fukuda 等人，《利用量子传感器定向搜索轻暗物质》，Physical Review Letters (2025)。DOI：10.1103/cwx5-2n1y。
期刊信息：Physical Review Letters，arXiv