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中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授杜江峰團(tuán)隊(duì)與南京大學(xué)教授黃璞、副教授何建華等組成的聯(lián)合研究組，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首個(gè)確定性的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。8月25日，相關(guān)研究成果線上發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然—物理》。
抗磁懸浮力學(xué)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 中國(guó)科大供圖
在《科學(xué)》雜志發(fā)布的125個(gè)最具挑戰(zhàn)性的科學(xué)問(wèn)題中，“宇宙由什么構(gòu)成”排在第一個(gè)。宇宙學(xué)和天文學(xué)的一些觀測(cè)事實(shí)表明，宇宙正處于加速膨脹中，而暗能量被認(rèn)為是驅(qū)動(dòng)其膨脹的原因。但是，暗能量的本質(zhì)是什么，它以何種方式與我們的世界發(fā)生作用，目前仍然未知。
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。
此次工作中，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)。
研究人員對(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牛頓。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。
這一工作充分展示精密力探測(cè)與宇宙學(xué)研究的交叉融合，有望激發(fā)科研人員對(duì)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。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。“
相關(guān)論文信息：https://www.nature.com/articles/s41567-022-01706-9
標(biāo)簽： 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
