宇宙学和天文学的一些观测事实表明，我们的宇宙正处于加速膨胀中，而暗能量被认为是驱动膨胀的原因。但是，对于暗能量的本质是什么，以何种方式与我们的世界发生作用，目前仍然未知。为探索神秘的暗能量场，国际上布局了多种实验研究计划，传统的手段主要是借助天文观测或大型物理装置，如太空望远镜、地下实验室以及大型高能粒子加速器等。中科院微观磁共振重点实验室于近年来创新发展了基于固态自旋、气态原子、微力学系统等能够在实验室尺度开展探索的实验体系和技术，为拓展人类对宇宙的认识提供了新途径，已完成一系列重要的实验研究。
此项研究针对一种重要的暗能量理论——变色龙理论开展实验检验。变色龙理论是用来解释宇宙加速膨胀的一种理论模型，该理论的最大特征之一是预言了已知四种基本相互作用外的“第五种力”，在形式上可以写为万有引力作用的微小偏离，这为实验研究提供了可能。本工作研究人员利用抗磁悬浮力学系统作为力探测器，精巧构建了亚毫米尺度的具有超高灵敏度的“桌面式”力探测平台，对变色龙理论所预言的第五种力进行了检测。研究中，对变色龙场做了精细的数值模拟和基于此的第一性原理几何设计，对质量源与力探测器采用了薄膜结构，有效解决了变色龙场在质量源端和力探测器端的双重屏蔽困难；并且，实验中产生了超长相干时间的第五种力驱动以提高力探测精度。以上技术极大提升了对第五种力的探测效率，实现了迄今为止对变色龙理论的国际最高检测精度，将理论预言的变色龙作用力上限限制到6 x 10-17牛。结合先前其他实验，该研究最终完成了基础变色龙理论的全参数空间检验，未发现该理论预言的“第五种力”，从而确定性地排除了这一暗能量理论。
△图1：抗磁悬浮力学系统实验系统（左）；实验探测给出的变色龙第五种力上限（右）
△该研究的暗能量探测结果
审稿人高度评价该工作：“在我看来这是一个非常重要的成果，代表了该领域的一个重大进展。这一工作充分展示了精密力探测与宇宙学研究的交叉融合，有望激发宇宙天文学、粒子物理学和原子分子物理学等多个基础科学领域的广泛兴趣。”