近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)中科院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室杜江峰院士團(tuán)隊(duì)與南京大學(xué)組成的聯(lián)合研究組在暗能量探測(cè)領(lǐng)域取得重大進(jìn)展，利用抗磁懸浮力學(xué)系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中對(duì)一種重要的暗能量理論——變色龍理論進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)該理論預(yù)言的“第五種力”，從而排除了其作為暗能量的可能。這是所有暗能量理論中的首個(gè)確定性的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。相關(guān)研究成果日前在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然物理學(xué)》發(fā)表。
宇宙學(xué)和天文學(xué)的一些觀測(cè)事實(shí)表明，我們的宇宙正處于加速膨脹中，而暗能量被認(rèn)為是驅(qū)動(dòng)膨脹的原因。但是，對(duì)于暗能量的本質(zhì)是什么，以何種方式與我們的世界發(fā)生作用，目前仍然未知。為探索神秘的暗能量場(chǎng)，國(guó)際上布局了多種實(shí)驗(yàn)研究計(jì)劃，傳統(tǒng)的手段主要是借助天文觀測(cè)或大型物理裝置，如太空望遠(yuǎn)鏡、地下實(shí)驗(yàn)室以及大型高能粒子加速器等。中科院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室于近年來(lái)創(chuàng)新發(fā)展了基于固態(tài)自旋、氣態(tài)原子、微力學(xué)系統(tǒng)等能夠在實(shí)驗(yàn)室尺度開(kāi)展探索的實(shí)驗(yàn)體系和技術(shù)，為拓展人類(lèi)對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)提供了新途徑，已完成一系列重要的實(shí)驗(yàn)研究。
此項(xiàng)研究針對(duì)一種重要的暗能量理論——變色龍理論開(kāi)展實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。變色龍理論是用來(lái)解釋宇宙加速膨脹的一種理論模型，該理論的最大特征之一是預(yù)言了已知四種基本相互作用外的“第五種力”，在形式上可以寫(xiě)為萬(wàn)有引力作用的微小偏離，這為實(shí)驗(yàn)研究提供了可能。本工作研究人員利用抗磁懸浮力學(xué)系統(tǒng)作為力探測(cè)器，精巧構(gòu)建了亞毫米尺度的具有超高靈敏度的“桌面式”力探測(cè)平臺(tái)，對(duì)變色龍理論所預(yù)言的第五種力進(jìn)行了檢測(cè)。研究中，對(duì)變色龍場(chǎng)做了精細(xì)的數(shù)值模擬和基于此的第一性原理幾何設(shè)計(jì)，對(duì)質(zhì)量源與力探測(cè)器采用了薄膜結(jié)構(gòu)，有效解決了變色龍場(chǎng)在質(zhì)量源端和力探測(cè)器端的雙重屏蔽困難；并且，實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生了超長(zhǎng)相干時(shí)間的第五種力驅(qū)動(dòng)以提高力探測(cè)精度。以上技術(shù)極大提升了對(duì)第五種力的探測(cè)效率，實(shí)現(xiàn)了迄今為止對(duì)變色龍理論的國(guó)際最高檢測(cè)精度，將理論預(yù)言的變色龍作用力上限限制到6 x 10-17牛。結(jié)合先前其他實(shí)驗(yàn)，該研究最終完成了基礎(chǔ)變色龍理論的全參數(shù)空間檢驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)該理論預(yù)言的“第五種力”，從而確定性地排除了這一暗能量理論。
△圖1：抗磁懸浮力學(xué)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（左）；實(shí)驗(yàn)探測(cè)給出的變色龍第五種力上限（右）
△該研究的暗能量探測(cè)結(jié)果
審稿人高度評(píng)價(jià)該工作：“在我看來(lái)這是一個(gè)非常重要的成果，代表了該領(lǐng)域的一個(gè)重大進(jìn)展。這一工作充分展示了精密力探測(cè)與宇宙學(xué)研究的交叉融合，有望激發(fā)宇宙天文學(xué)、粒子物理學(xué)和原子分子物理學(xué)等多個(gè)基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域的廣泛興趣�！保ǹ偱_(tái)央視記者 帥俊全）
