Forbedring af laboratoriebegrænsning på eksotisk spininteraktion

Prof. Du Jiangfeng, Prof.Rong Xing, og deres kolleger fra Key Laboratory of Micromagnetic Resonance, University of Science and Technology of China (USTC) fra det kinesiske videnskabsakademi (CAS) har sat de strengeste laboratoriebegrænsninger på den eksotiske spin- og hastighedsafhængige interaktion på mikrometerskalaen. Denne undersøgelse blev offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve .

Jagten på mørkt stof, mørk energi, og ekstra kræfter er vigtige for forståelsen af ​​eksistensen af ​​det stof, der tegner sig for omkring en fjerdedel af universet, men der er sket få fremskridt. Det er nødvendigt at teoretisk og eksperimentelt finde partikler uden for standardmodellen, en traditionel model for mikroskopiske partikler eksklusive mørkt stof, som kandidater til mørkt stof.

Eksotisk spin -interaktion kan fremkaldes af nye bosoner uden for standardmodellen, såsom axoner, axonlignende bosoner, mørke fotoner og Z-bosoner. Siden forslaget i 1984, der er foretaget en række sofistikerede eksperimenter for at udforske disse eksotiske spin -interaktioner.

I dette studie, forskerne gennemførte en eksperimentel undersøgelse af de hastighedsafhængige eksotiske spin-interaktioner. De brugte kvarts -stemmegaflen til at drive massekilden til at lave enkel harmonisk bevægelse i en retning vinkelret på diamantoverfladen.

Derefter, de designet den eksperimentelle sekvens til at konvertere den eksotiske interaktion, der skulle udforskes, til kvantefaseoplysninger om single-spin-kvantesensoren. Dette eksperiment gav laboratoriegrænsen for en type hastighedsafhængig spininteraktion i mikrometerskalaen. Grænsen ved 200 mikron er fire størrelsesordener strengere end den grænse, der er fastlagt i de foregående resultater baseret på atomspektrene for Cæsium, Ytterbium, og Thallium.

Dette studie, som et interessant ægteskab med kvantefølingsteknikker og test af grundlæggende interaktioner (traditionelt i partikelfysik), appellerer til almindelige fysikere, og det giver en tilgang til at undersøge ny fysik ud over standardmodellen.

Prof. Du's team har fokuseret på forskning i den statiske eksotiske spin -interaktion. I 2018, den brugte for første gang nitrogen-tomrumsdefekter i diamant som en single-spin sensor til at søge efter eksotiske spin-interaktioner ( Naturkommunikation ), og indstil senere den mest optimerede begrænsning på mikrometerskalaen på den spinafhængige eksotiske interaktion med single-spin sensoren ( Fysisk gennemgangsbreve ), demonstrere evnen hos single-spin-kvantsensoren fremstillet af de enkelte nitrogen-ledige centre i diamant til at udforske nye fysiske fænomener på mikro-nanoskalaen.