科学家正把地球变成“宇宙探测器”，寻找神秘的宇宙力量

这种方法为全球和星际传感系统奠定了基础，该系统有望揭示隐藏的粒子和力。
理解SQUIRE及其天基量子策略
由奇异玻色子介导的相互作用分为16类，其中15类依赖于粒子自旋，10类依赖于相对速度。这些相互作用会导致原子能级发生微小偏移，而量子自旋传感器会将这些偏移检测为赝磁场。SQUIRE任务计划将此类传感器部署在包括中国空间站在内的空间平台上，以寻找传感器与地球地电子之间奇异相互作用产生的赝磁场。通过将空间接入与量子精密工具相结合，SQUIRE避开了地面实验的一个主要局限——地面实验难以同时提高相对速度和极化自旋总数。
为何低地球轨道能大幅提升灵敏度
轨道环境的几个特征提供了显著优势。
中国空间站在低地球轨道运行，相对地球的速度为7.67千米/秒，接近第一宇宙速度，约为实验室测试中典型运动源速度的400倍。
地球是巨大的天然极化自旋源。地幔和地壳内未配对的地电子在地磁场作用下定向排列，提供了约10⁴²个极化电子，比实验室中钐钴（SmCo₅）自旋源的能力高出约10¹⁷倍。
轨道运动将奇异相互作用信号转化为周期性信号。对于中国空间站（轨道周期约1.5小时），这会产生近0.189毫赫兹的调制，该区域的固有噪声低于直流测量频段。
轨道上的预期性能提升
借助这些空间赋能的优势，即使在严格的耦合常数当前限制下，SQUIRE概念也能使奇异场振幅达到20皮特斯拉，这远高于地面最佳探测阈值0.015皮特斯拉。对于力程大于10⁶米的速度相关相互作用，预期灵敏度将提高6至7个数量级。
构建适用于空间的量子自旋传感器
开发原型量子传感器对于SQUIRE的运行至关重要。该仪器在恶劣的轨道环境中运行时，必须在长时间内保持极高的灵敏度和稳定性。在太空中，自旋传感器面临三个主要干扰源：地磁场变化、航天器的机械振动以及宇宙辐射。
降低噪声并提高稳定性
为克服这些挑战，SQUIRE团队通过三项主要创新打造了原型。
双惰性气体自旋传感器：该设备使用具有相反旋磁比的¹²⁹Xe和¹³¹Xe同位素，能够在对SSVI信号保持响应的同时抵消共同的磁噪声，这种方法可实现10⁴倍的噪声抑制。结合多层磁屏蔽，地磁场干扰可降至亚飞特斯拉水平。
振动补偿技术：光纤陀螺跟踪航天器振动并实现主动校正，将振动噪声降至约0.65飞特斯拉。
抗辐射架构：0.5厘米厚的铝制外壳及控制电子设备中的三重模块冗余保护系统免受宇宙射线影响。即使三个模块中的两个发生故障，该设计仍能继续运行，将辐射相关中断减少到每天不到一次。
在轨灵敏度与科学就绪度
通过结合这些技术，该原型实现了4.3飞特斯拉@1165秒的单次测量灵敏度，这与探测遵循1.5小时轨道周期的SSVI信号非常匹配。这种能力为直接在轨道上进行精密暗物质搜索奠定了坚实的技术基础。
向空-地量子传感网络扩展
中国空间站上的量子自旋传感器的作用远不止于搜索奇异相互作用。SQUIRE提出了“空-地一体化”量子传感网络，将轨道探测器与地面探测器相连，从而对许多暗物质模型和其他超出标准模型的可能性（包括额外的奇异相互作用、轴子晕和CPT破缺研究）实现更高的灵敏度。
太阳系的未来机遇
轨道传感器的高速运动增强了轴子晕与核子自旋之间的耦合，与地面暗物质搜索相比，灵敏度提高了十倍。随着中国向太阳系更深处探索，SQUIRE方法最终可能利用木星、土星等遥远行星（例如富含极化粒子的行星）作为大型天然自旋源。这一长期愿景为在更广阔的宇宙尺度上探索物理学打开了大门。