暗黒物質探索のための世界初の量子センサーネットワークを構築(Chinese Scientists Build First Quantum Network to Hunt for Dark Matter)

2026-01-30 中国科学院(CAS)

中国の研究チームは、暗黒物質探索を目的とした世界初の量子センサーネットワークを構築し、安徽省合肥市と浙江省杭州市にまたがる約300kmの距離で複数研究拠点を接続した。本研究はNature誌に掲載され、宇宙の約26.8%を占めるとされる暗黒物質候補「アクシオン」の検出において、これまでにない高感度を達成した。5台の同期量子センサーを分散配置し、複数地点で同時に現れる信号のみを抽出することで局所ノイズを除去した。さらに量子増幅技術により微弱信号を100倍に強化し、コヒーレンス時間を分単位まで延長した。観測期間中に直接検出はなかったが、アクシオンと原子核の結合強度に最も厳しい制限を与え、天文観測を一部の質量範囲で最大40倍上回った。

<関連情報>

分散型都市間量子センサーによるアクシオン暗黒物質への制約 Constraints on axion dark matter by distributed intercity quantum sensors

Yuanhong Wang,Ying Huang,Xiang Kang,Dangui Chang,Jiaxuan Xu,Yifan Chen,Szymon Pustelny,Wenqiang Zheng,Min Jiang,Xinhua Peng & Jiangfeng Du
Nature  Published:28 January 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-025-10034-w

暗黒物質探索のための世界初の量子センサーネットワークを構築(Chinese Scientists Build First Quantum Network to Hunt for Dark Matter)

Abstract

Ultralight axion particles are candidates for dark matter1, conjectured to form stable, macroscopic field configurations in three-dimensional space, resulting in the possible formation of topological defect dark matter2,3,4 (TDM). Exploring their possible existence through a realistic parameter space requires considering interactions that extend beyond the constraints imposed by astrophysical observations of stellar cooling processes5. Here we report the outcome of an experiment that monitors possible transient rotations of polarized spins, which could be induced by the interaction with topological defects, carried out by correlating five noble-gas laboratory set-ups located in two cities. Amplification and optimal noise filtering in hyperpolarized noble-gas spins greatly enhance the sensitivity to TDM-induced spin rotations, reaching approximately 10−6 rad. Through this, we set constraints on the axion–nucleon coupling across an axion mass range from 10 peV to 0.2 μeV, achieving 4.1 × 1010 GeV at 84 peV. These values exceed known constraints imposed by astrophysical observations, although these are obtained under different model assumptions. Our approach could further stimulate broad beyond-Standard Model physics searches, such as transient axion waves, axion stars, axion strings and Q-balls.

1701物理及び化学
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