量子传感器助力追踪轻暗物质运动方向
暗物质是一种极其隐秘的存在，它不会发光、吸收或反射光，且与常规物质之间的相互作用极为微弱。这些特点使得科学家难以借助传统的粒子探测方法对其进行研究。
尽管暗物质尚未被直接观测到，其确切构成仍是未知数，但一种主流理论认为，它可能由质量极低的粒子组成，质量甚至低于1电子伏特。这些粒子更倾向于表现出波的特性，而非经典粒子的行为。
来自东京大学与中央大学的科学家近期尝试将量子传感技术应用于亚GeV暗物质的探测。量子传感器是一种基于量子力学原理的高精度系统，能够检测极为微弱的信号。
他们于《物理评论快报》上发表的论文指出，这种高度灵敏的传感系统在追踪轻暗物质的速度和运动方向方面展现出巨大潜力。
该研究的第一作者福田宏（Hajime Fukuda）在接受Phys.org采访时提到，他在arXiv预印本平台上浏览量子物理方向的最新论文时注意到，分布式量子传感正成为研究热点，这促使他们思考如何将该技术引入高能物理领域。
解析轻暗物质的速度与方向
福田及其团队的研究目标是结合量子工程与粒子物理学的最新成果，特别是在提升暗物质探测效率方面。传统上，科学家通过探测暗物质与探测器内原子或原子核碰撞所产生的微弱信号，来寻找质量较大的暗物质粒子。
福田指出：“在这些方法中，测量暗物质的速度相对容易实现，尽管实验上仍然充满挑战。”
“但针对轻暗物质，我们通常依赖于离散激发模式，因此难以观测其速度。我们发现，利用空间分布的探测器而非点状反冲信号，能够更有效地测量其运动信息。”
研究人员提出了一种新的技术方案，结合多个暗物质探测器与量子测量协议，通过分析这些探测器收集的信号，从中提取出有关轻暗物质的速度和方向的数据。经过一系列分析，团队确认这一方法有望显著提升探测灵敏度。
福田进一步解释：“之前的研究提出了一些方法，如使用细长探测器或传统探测器阵列来探测轻暗物质，但这些方法依赖于具体的相互作用机制。而我们提出的方法基于量子传感器阵列，具有更强的普适性，并且灵敏度更高。”
探索暗物质研究的新路径
该研究团队提出的新方法为探测轻暗物质提供了潜在的新方向，并有望在未来的实验中得到验证与优化。这项研究也可能激发粒子物理学家进一步探索量子传感在暗物质探测及其他高能物理领域的应用前景。
福田表示：“我们的研究证明，量子方法在高能物理研究中具备重要价值。”
“我认为量子传感器在我们这个领域还有更多可能的应用，我也期待进一步探索这些方向。未来，我们还可以优化现有方案，尝试利用传感器阵列不仅测量速度，还进一步获取暗物质的空间分布信息。”
更多详情请参考：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。