暗物质占宇宙总质量约85%,却始终因“不可见”而挑战着物理学认知。尽管标准模型成功描绘了可见宇宙的结构,其局限性促使科学家将目光投向更轻的新玻色子——例如轴子和暗光子,它们被视为暗物质的重要候选者之一。理论研究表明,探测这些粒子所诱导的奇异自旋相互作用,有望捕捉超轻暗物质的踪迹。然而,地面实验长期面临一项关键制约:增强奇异自旋相互作用信号通常需要同时提升极化自旋数量和相对速度,而这两者在实验条件下往往相互牵制,导致理论预言的大部分参数空间至今尚未被探索。
在此背景下,中国科学技术大学彭新华教授和江敏教授等人联合多家研究机构,提出名为SQUIRE(Space-based Quantum Sensing for Interaction and Exotic Bosons Research Exploration)的空间暗物质探测计划,拟在中国空间站上部署超灵敏量子传感器,在国际上首次提出利用高速运动的量子自旋传感器,探测暗物质候选粒子与地球内部巨量自旋之间可能存在的奇异相互作用,预计探测灵敏度将比地面实验提高超过7个数量级。SQUIRE计划还有望推动构建“空间—地面”联合探测网络,为在深空环境中系统探索暗物质开辟全新路径。此项突破性研究以“Quantum sensors in space: unveiling the invisible universe”为题,发表在《国家科学评论》(National Science Review)上。