Kinesiske forskere presenterte i dag SQUIRE – et rombasert kvantesensorsystem som bruker selve Jorden som en enorm, naturlig spinnkilde for å jakte på mørk materie og eksotiske partikler. Ved å plassere ultrasensitive sensorer på den kinesiske romstasjonen, vil de forvandle svake, skjulte krefter til målbare signaler. Ambisjonen er å flytte grensene for grunnleggende fysikk – fra laboratoriet og ut i bane.

Hva er SQUIRE?

SQUIRE (Space-based Quantum Sensing for Interaction and Exotic Bosons Research Exploration) er et prosjekt som plasserer kvantesensorer om bord på den kinesiske romstasjonen. Målet er å oppdage pseudomagnetiske felt fra eksotiske interaksjoner mellom sensorene og Jordens geoelektroner.

Jorden som gigantisk detektor

Uparede geoelektroner i mantelen og skorpen er justert av geomagnetiske felt. Denne enorme, naturlige kilden til polariserte spinn blir nøkkelen i SQUIREs strategi: Selve planeten fungerer som «kilden», mens sensorene i bane «lytter» etter avvik som kan avsløre nye krefter.

Hastighet og bane gir rene signaler

Den kinesiske romstasjonen beveger seg i lav jordbane med en hastighet på 7,67 km/s i forhold til Jorden – nesten den første kosmiske hastigheten og om lag 400 ganger raskere enn bevegelige kilder brukt i laboratorietester. Denne ekstreme hastigheten gir en kraftig fordel.

Orbital bevegelse gjør signaturer fra eksotiske interaksjoner periodiske. Med en omløpstid på cirka 1,5 timer blir modulasjonen nær 0,189 mHz – et frekvensområde med lavere iboende støy enn likespenningsbåndet.

Slik demper de støy – uten å miste signalet

Forskerne har utviklet en prototypesensor basert på to edle gassisotoper: 129-Xe og 131-Xe. De har motsatte gyromagnetiske forhold, noe som gjør at felles magnetisk støy kanselleres, mens sensorene fortsatt reagerer på eksotiske interaksjoner. Tilnærmingen gir en støyreduksjon på 10^4.

Prototypen oppnår en enkeltshotsfølsomhet på 4,3 femtoTesla ved 1165 sekunder – godt tilpasset signaler som følger romstasjonens omløpsperiode på rundt 1,5 timer.

Hva kan oppdages?

Misjonen søker etter eksotiske bosoner som kan formidle interaksjoner utover de fire kjente grunnleggende kreftene. Slike boson-medierte interaksjoner faller i 16 kategorier, hvorav 15 avhenger av partikkelspinn og 10 av relativ hastighet. De kan gi små skift i atomære energinivåer – presist det sensorene er designet for å fange opp.

Tallene som skiller SQUIRE fra bakken

• Eksotiske feltamplituder i rommet kan nå opp til 20 pikoTesla, selv under strenge gjeldende grenser for koblingskonstanter.
• Dette er dramatisk høyere enn den beste terrestriske deteksjonsterskelen på 0,015 pT.
• For hastighetsbetingede interaksjoner med kraftområder over 10 meter, ventes en følsomhetsforbedring på 6–7 størrelsesordener.
• Den høyhastige orbitale bevegelsen øker koblingen mellom aksion-haloer og nukleonspinn, og gir en tidoblet følsomhetsforbedring sammenlignet med jordbaserte mørk-materie-søk.

Publisert og veien videre

Funnene er publisert i National Science Review og markerer en viktig milepæl i kvantebasert romteknologi for grunnleggende fysikk. Det langsiktige målet er et kraftfullt rom–bakke-nettverk for å utforske mørk materie og fenomener hinsides standardmodellen.

Etter hvert som Kina beveger seg dypere inn i solsystemet, kan SQUIRE-tilnærmingen utnytte fjerne planeter som Jupiter og Saturn – rike på polariserte partikler – som store naturlige spinnkilder. Det åpner for å teste fysikk over langt større, kosmiske skalaer.

Bottom line: Ved å kombinere kvanteteknologi med sensorer i bane, gjør SQUIRE Jorden til en gigantisk detektor. Hastigheten, spinnkildene og støyhåndteringen kan gi det gjennombruddet jakten på mørk materie har ventet på.