中国科大:新型微波激射器有望探测超轻暗物质

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记者从中国科技大学获悉,彭新华教授课题组及其合作者首次在frokey量子系统上实现了微波激射器,为超高精度超低频磁场测量和暗物质搜索提供了一条新途径。研究结果最近发表在《科学进展》上。

微波激射器是利用电磁波与原子或分子子系统的共振相互作用,在微波波段进行放大或振荡的量子器件。自1954年第一台微波激射器成功实现以来,它催生了许多革命性的技术,如激光、原子钟和量子放大器。由于这些微波激射器技术在现实生活和科学研究中发挥着不可替代的作用,诺贝尔物理学奖已经多次授予这一领域。

虽然微波激射器已经研究了60多年,但到目前为止,能够实现微波激射器的材料还很少。对于含时周期系统(即frokey系统),以前没有任何理论和实验报道。

彭新华课题组首先从理论上提出了研制这种新型脉泽的可行性,并在核自旋系统中成功实现。他们用氙作为微波激射器的介质,利用自旋交换碰撞方法成功地使其核自旋布居数增加了5个数量级。他们设计了一套精密的外腔反馈控制系统,消除了传统微波激射器对反转布居数的苛刻要求,扩大了其应用范围,并利用射频磁场对其分裂的氙自旋系统的能级进行周期性调制,形成了一个蛙键量子态。

经过两年多的努力,研究人员首次观测到了蛙键量子态之间的受激辐射,标志着脉泽在周期变化量子系统中的实现。他们还利用微波激射器克服了以往精密测量中的低频噪声问题,实现了迄今为止超低频段磁场测量的最高灵敏度。

《科学》在一篇特别文章中报道了这一成果,称赞它“为实现伽马激光提供了新的可能性”,“有望应用于高精度时钟和探测超轻暗物质”。

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