السؤال “مما يتكون الكون؟” تم تضمينه في قائمة 125 مشكلة علمية أساسية وفقًا لمجلة العلوم. تشير الأدلة الحالية إلى أن المادة المرئية العادية تمثل حوالي 5% فقط من تكوين الكون، بينما تشكل المادة المظلمة حوالي 27%. ومع ذلك، فإن طبيعتها المجهرية تظل واحدة من أعظم الألغاز في الفيزياء. تعتبر المحاور الأكثر إثباتًا من الناحية النظرية لدور جسيمات المادة المظلمة هي المحاور. من المفترض أنه يمكن اكتشاف العيوب الطوبولوجية في الفضاء الناتجة عنها من خلال التفاعل مع السبينات النووية للذرات في أجهزة الكشف.

قام فريق البحث بتطوير تقنية قياس دقيقة مبتكرة، رائدة في الكشف عن الإشارات قصيرة المدى باستخدام السبينات النووية لذرات الزينون-129. وتمكن العلماء من “تخزين” إشارة من بنية خلل طوبولوجي في المادة المظلمة، تدوم ميكروثانية، في حالة متماسكة من السبينات النووية لمدة تقترب من الدقيقة. بالإضافة إلى ذلك، كان من الممكن تضخيم الإشارة الضعيفة 100 مرة على الأقل. وصلت حساسية الكشف عن دوران الدوران في النهاية إلى ما يقرب من 1 ميكروراديان، وهو أعلى بأربع مرات (10000 مرة) من التقنيات المخبرية السابقة.

ولزيادة الحساسية بشكل أكبر، قمنا بتوسيع منطقة الاستقبال من خلال ربط خمسة أجهزة استشعار كمومية تم تطويرها بشكل مستقل في مدينتي خفي وهانغتشو بشبكة. تمت مزامنة أجهزة الاستشعار عبر الأقمار الصناعية. تؤدي المسافة الكبيرة بين العقد إلى تأخيرات ملحوظة واختلافات في الطور في الإشارات الصادرة عن حدث حقيقي للمادة المظلمة في مواقع مختلفة. يمكن للبيانات ثلاثية الأبعاد المجهزة من عقد متعددة أن تمنع الضوضاء المحلية بشكل فعال، مما يقلل من معدل الإنذارات الكاذبة بحوالي 1000 مرة. بالمقارنة مع مشروع جنوم الدولي القائم على أجهزة استشعار المعادن القلوية، تم تحسين دقة الطاقة للشبكة الجديدة من أجهزة الكشف عن الدوران النووي بنحو 10000 مرة.

أ) رسم تخطيطي لتكوين الكون

ب) البحث عن المادة المظلمة بناءً على شبكة من أجهزة الاستشعار الكمومية بين المدن

تم نشر نتائج شهرين من الملاحظات المستمرة وتحليل الارتباط في طبيعة. لم يجد المؤلفون أحداثًا ذات دلالة إحصائية مرتبطة بمرور العيوب الطوبولوجية. وبناءً على هذا “الافتقار إلى الإشارة”، تم حساب الحدود المخبرية الأكثر صرامة على ثابت اقتران الأكسيون والنيوترون في نطاق واسع من كتل الأكسيونات من 10 peV إلى 0.2 μeV. على وجه الخصوص، بالقرب من كتلة 84 إلكترون فولت، وصل الحد الأعلى لمقياس الاقتران إلى 4.1×10¹⁰ GeV، وهو أكبر بـ 40 مرة من الحد الذي تم الحصول عليه من الملاحظات الفيزيائية الفلكية للمستعر الأعظم SN1987A. وهكذا، في هذا النطاق الكتلي، تجاوزت تجربة معملية لأول مرة الملاحظات الفلكية من حيث الدقة.

يمكن استخدام بنية شبكة الكشف وطرق معالجة الإشارات المضمنة في الدراسة للبحث عن ظواهر أخرى قصيرة العمر خارج النموذج القياسي، مثل نجوم الأكسيون أو الأوتار. يمكن لشبكات الاستشعار هذه أن تعمل جنبًا إلى جنب مع مراصد موجات الجاذبية لتشكيل شبكة مراقبة متعددة القنوات لاكتشاف الإشعاع المحوري المحتمل الناتج عن الأحداث المتطرفة مثل اندماج الثقوب السوداء. ومن المخطط زيادة حساسية الكشف بمقدار 10000 مرة أخرى من خلال نشر شبكة عالمية ووضع أجهزة استشعار في الفضاء.