2022年9月28日，物理学权威学术期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）在线刊发了物理学院引力中心团队题为《利用HUST-2020扭秤实验限制对称子模型》（Constraining the Symmetron Model with the HUST-2020 Torsion Pendulum Experiment）的论文。论文作者包括我校2018级博士生赵媛羚、2019级博士生吴文浩、谈玉杰助理研究员、邵成刚教授，以及中国地质大学（武汉）罗杰教授。我校为论文第一单位，赵媛羚为论文第一作者，谈玉杰为论文通讯作者。
宇宙学和天文学的一些观测证据，如超新星、大尺度结构、宇宙微波背景辐射、重子声学振荡等，表明宇宙正处于加速膨胀中，而暗能量被认为是推动其膨胀的原因。暗能量是一种具有负压强的能量，它充斥于整个宇宙。然而，它的本质是什么？它又是怎样影响我们的世界的？目前仍未可知。对称子模型是一种典型的暗能量理论模型，该模型用一种标量场刻画暗能量，且标量场与物质的耦合强度依赖于局域物质密度，在低密度区域场与物质发生强耦合，高密度区域场与物质间的耦合几乎被屏蔽。因此，人们对暗能量的研究主要是基于天文观测，由于屏蔽机制的存在，在实验室环境中探测暗能量极其困难。
近年来，随着高精密实验技术的发展，实验室实验探测暗能量模型逐渐成为可能。引力中心团队长期致力于研究精密扭秤技术，并基于此开展了不同间距下的牛顿反平方定律高精度检验实验，取得系列国际领先成果。团队发现亚毫米间距下的反平方定律检验实验（HUST-2020）能为对称子模型参数提供强有力限制。结合图1所示的实验配置，团队计算了扭秤和吸引质量间可能的对称子场分布、分析了静电屏蔽膜效应，最终给出了如图2所示的模型参数限制区间。结果显示HUST-2020实验对meV质量尺度的对称子场极其敏感，对暗能量尺度μ=2.4×10−3eV对称子场的限制在M=1.3TeV处比当前国际最好限制水平提高了约10倍，排除了更宽范围的模型参数空间。该工作有助于推动人类对宇宙演化及其加速膨胀根源的研究。
图1 HUST-2020扭秤实验示意图
图2 扭秤实验限制对称子模型
论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.129.141101
