科學家根據哈勃望遠鏡的觀測數據構建的宇宙大尺度三維暗物質分佈圖。
美國國家標準技術研究所（NIST）的研究人員發明了一種由二維量子晶體構成的感應器，敏感度是現在最先進的暗物質探測器的10倍，為科學家探索暗物質帶來新的希望。
科學家尋找暗物質已經有幾十年的時間。越來越多的間接證據表明，宇宙中存在這種物質，它在宇宙中的含量是可見的普通物質的五倍，可是至今找不到任何直接證據顯示它的存在。
暗物質理論認為這種物質不會反射、衍射、折射任何光線，或者說它不會與光發生任何形式的互動，但是它會對有質量的物體產生引力。
在暗物質這個大範圍的理論下，科學家對於到底暗物質是由哪些粒子組成的，有很多不同的猜測。其中一種叫做軸子（axion），是很多科學家在投入探索的粒子。理論模型顯示軸子是中性電荷的粒子，幾乎沒有質量，在宇宙中以波的形式移動。理論預測這種粒子對電磁場具有弱影響力。
科學家設計了包括軸子收音機（axion radios）、空穴量子位（quantum bits in cavities）、甜甜圈形磁鐵等多個實驗捕獲神秘的軸子，但是都還沒有突破性的進展。
NIST的研究人員認為，這次發明的二維量子晶體是探索軸子的新工具，它的敏感度是同類實驗所用儀器的10倍。它由最多達150個鈹離子禁錮在一個磁場內組成，這種設計讓它們排列成只有200微米厚度的平面形態。在遇到外部電場的時候，這層原子會上下振動，就像鼓膜那樣。
所以，研究人員設想在沒有任何外部電場的環境下，一旦這些離子出現振動，就意味着有軸子或是其它類型的暗物質粒子從它們之間穿過。
研究介紹，它超高的敏感度是使用了量子物理學神奇的糾纏現象。軸子對離子造成的影響是非常微小的，利用量子糾纏的特性，研究人員把影響的效果放大。
研究人員利用縱橫交錯的激光束刺激這些離子，使它們的動向這個物理特性和自旋這個電子特性形成糾纏，意即離子任何輕微的移動都會通過其自旋屬性展現出來。
具體來說，研究稱比如讓所有的離子都呈現「上旋」的狀態，如果有任何軸子對它們形成干擾，這些離子的自旋特性一定會出現變化。而這個變化很容易檢測到：離子處於上旋的狀態時，晶體會發光；如果下旋，晶體則變暗。通過這種量子晶體發光的情況，研究人員就能探測到是否有軸子穿過這個儀器。
這份研究8月6日發表於《科學》（Science）期刊。◇#
