由全球机构组成的“暗量子”联盟正在利用量子技术，通过探测难以捉摸的轴子粒子来揭开暗物质的奥秘。

阿尔托大学的研究人员将使用灵敏度空前的量子探测器探测暗物质的秘密。

在浩瀚黑暗的宇宙中潜伏着一种看不见的物质。在星系的起伏起伏中可以看到它的存在，但它从未被直接观察到。在表面之下，在深处酝酿着什么秘密?

物理学家长期以来一直在研究暗物质的组成，认为暗物质的含量是普通物质的五倍。在各种相互竞争的假说中，有一种粒子被认为是很有希望的候选者:轴子。

暗量子联盟对轴子的探索

阿尔托大学(Aalto University)的科学家们正着手一项为期六年的项目，寻找轴子存在的证据。他们将与萨拉戈萨大学的研究人员以及法国国家科学研究中心、卡尔斯鲁厄理工学院和其他合作机构的研究人员一起，作为一个新成立的名为DarkQuantum的联盟的一部分进行这项研究。萨拉戈萨大学的研究人员负责协调该项目。

这个新联盟将率先使用最新的量子技术来制造具有前所未有扫描灵敏度的传感器。10月26日，欧洲研究委员会授予DarkQuantum 1290万欧元，其中约200万欧元拨给了阿尔托大学高级讲师兼讲师Sorin Paraoanu和他的超导量子比特和电路QED (KVANTTI)研究小组。

研究人员将利用量子技术开发世界上最灵敏的探测器之一。来源:Mikko Raskinen/阿尔托大学

“我们正凝视着一个又深又黑的坑。如果轴子存在，它将超越基本粒子的标准模型。这样的观测结果在意义上可以与2010年代初发现的希格斯玻色子相媲美。但至少对于希格斯玻色子，他们知道从哪里开始寻找!”

“暗物质的本质是现代科学中最大的谜团之一，”萨拉戈萨大学教授Igor Garcia Irastorza补充道，他也是暗量子联盟的负责人。“如果暗物质是由轴子组成的，我们就有机会通过这个项目探测到它。”

虽然过去曾有人尝试观察轴子，但这次最新的尝试将利用量子现象，使研究人员能够更好地滤除噪音，并以更高的保真度重复实验。这就是Paraoanu和他的团队的切入点。

移动山脉

放大我们银河系的小角落，在横跨西班牙和法国边界的山脉深处。这是Canfranc地下实验室的所在地，这里将容纳DarkQuantum研究人员计划建造的高频传感器。另一个低频传感器将位于汉堡的德国电子同步加速器(DESY)。

Paraoanu和他的KVANTTI团队主要负责构建和调整高频传感器，以及编写使用它的算法和软件。这个被称为“光晕”的传感器将探测银河系光晕的深处，寻找轴子。

将传感器置于地下深处有助于消除宇宙背景辐射，它可能提供一个独特的机会，同时研究量子计算的某些降噪技术。

“我们的高频传感器将比以前的迭代灵敏10-100倍，并且它将能够在几微电子伏特的范围内进行扫描。它将使用超导量子位——与量子计算机中使用的量子位相同——但它们将作为探测器在这个荧光镜中扮演不同的角色，”Paraoanu说。

以前检测轴子的尝试使用线性放大器，这往往会引入噪声并有效地将粒子吸收到系统中。Paraoanu的传感器将依赖于量子非破坏测量，这将允许对相同的粒子进行重复实验。

该理论表明，在超冷的环境中，我们可以引入一个磁场，使任何存在的轴子衰变成光子。如果我们在空腔中探测到任何光子，那么我们就可以得出结论:轴子存在于系统中，而且它们确实存在，”Paraoanu说。

协同格兰特

欧洲研究委员会的协同奖助金享有盛名，Paraoanu和他的团队是阿尔托大学历史上第二个获得该奖助金的团队——第一个是授予Risto ilmonemi教授的，因为他正在进行的ConnectToBrain项目。

这个为期六年的项目将分为两个部分:四年的扩大阶段，包括建造、调整和运输光镜;在为期两年的实验阶段，研究小组将收集数据。Paraoanu预计在未来几年该项目将有几个研究员职位的空缺。

协同基金的其他合作机构包括马克斯普朗克科学促进会、卡塔赫纳理工大学和西班牙国家研究委员会。

Paraoanu和KVANTTI研究小组将使用OtaNano的设备进行他们的工作。OtaNano是芬兰微型、纳米和量子技术的国家研究基础设施。具体来说，Paraoanu将在芬兰物理学家Olli V. Lounasmaa建立的低温实验室进行他的工作。Paraoanu还参与了InstituteQ和新的芬兰量子旗舰(FQF)。