中国科大完成首个确定性的暗能量理论实验检验
中国科大完成首个确定性的暗能量理论尝试查验
中国科学手艺大学中科院微不雅磁共振重点尝试室杜江峰院士团队与南京大学构成的结合研究组在暗能量探测范畴获得严重停顿，操纵抗磁悬浮力学系统在尝试室情况中对一种重要的暗能量理论——变色龙理论停止了尝试查验，未发现该理论预言的“第五种力”，从而排除了其做为暗能量的可能。那是所有暗能量理论中的首个确定性的尝试查验。相关研究功效以“Experiments with levitated force sensor challenge theories of dark energy”为题，于8月25日线上颁发于国际学术期刊《Nature Physics》。
Science杂志发布的125个更具挑战性的科学问题中，“宇宙由什么构成”排在第一个。宇宙学和天文学的一些不雅测事实表白，我们的宇宙正处于加速膨胀中，而暗能量被认为是驱动膨胀的原因。但是，关于暗能量的素质是什么，以何种体例与我们的世界发作感化，目前仍然未知。为摸索奥秘的暗能量场，国际上规划了多种尝试研究方案，传统的手段次要是借助天文不雅测或大型物理安装，如太空千里镜、地下尝试室以及大型高能粒子加速器等。中科院微不雅磁共振重点尝试室于近年来立异开展了基于固态自旋、气态原子、微力学系统等可以在尝试室标准（Lab scale）开展摸索的尝试系统和手艺，为拓展人类对宇宙的认识供给了新路子，已完成一系列重要的尝试研究[Nat. Commun. 9, 739 (2018); PRL 121, 080402 (2018); PRL 127, 010501 (2021); Nat. Phys. 17, 1402 (2021); Sci. Adv. 7, eabi9535 (2021); PRL 129, 051801 (2022)]。
此项研究针对一种重要的暗能量理论——变色龙理论开展尝试查验。变色龙理论是用来解释宇宙加速膨胀的一种理论模子，该理论的更大特征之一是预言了已知四种根本彼此感化外的“第五种力”，在形式上能够写为万有引力感化的细小偏离，那为尝试研究供给了可能。本工做研究人员操纵抗磁悬浮力学系统做为力探测器，精巧构建了亚毫米标准的具有超高灵敏度的“桌面式”力探测平台，对变色龙理论所预言的第五种力停止了检测。研究中，对变色龙场做了精细的数值模仿和基于此的第一性原理几何设想，对量量源与力探测器接纳了薄膜构造，有效处理了变色龙场在量量源端和力探测器端的双重屏障困难（图1左）；而且，尝试中产生了超长相关时间的第五种力驱动以进步力探测精度。以上手艺极大提拔了对第五种力的探测效率，实现了迄今为行对变色龙理论的国际更高检测精度（图1右），将理论预言的变色龙感化力上限限造到6 x 10-17牛。连系先前其他尝试，该研究最末完成了根底变色龙理论的全参数空间查验，未发现该理论预言的“第五种力”，从而确定性地排除了那一暗能量理论（见图2）。
图1:抗磁悬浮力学系统尝试系统（左）；尝试探测给出的变色龙第五种力上限（右）
图2:该研究的暗能量探测成果：根底变色龙场与通俗物量的耦合边界（左），差别阶数变色龙场与通俗物量耦合边界（中），根底变色龙场与光子的耦合边界（右）。此中染色区域是被尝试查验并被排除的区域，当前工做查验的区域为红色，与之前陈述的尝试一路，完全排除了变色龙模子。
审稿人高度评价该工做：“In my opinion this is a very important result……this represents a significant step forward in this field”（在我看来那是一个十分重要的功效……代表了该范畴的一个严重停顿）。那一工做充实展现了细密力探测与宇宙学研究的穿插交融，有望激发宇宙天文学、粒子物理学和原子分子物理学等多个根底科学范畴的普遍兴趣。
中科院微不雅磁共振重点尝试室博士研究生李睿与南京大学博士后印沛然、硕士研究生殷承江为该文配合第一做者，杜江峰院士与南京大学黄璞传授、何建华副传授为该文配合通信做者。该研究得到了中科院、科技部、国度天然科学基金委、安徽省和合肥市的帮助。
（编纂：启齿便笑）
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