Brug af kvanteteknologi til at begrænse nye partikler

Endnu ikke-opdagede aksioner og axion-lignende partikler kan være nøglen til at forklare nogle af de dybeste gåder i vores univers, såsom mørkt stof og brud på ladningsparitet i stærke interaktioner. Flere nyere teorier har forudsagt, at masserne af aksioner sandsynligvis ligger inden for det velmotiverede "aksionsvindue" (0,01 meV–1 meV). Imidlertid søger eksisterende laboratoriesøgninger og astrofysisk observation for det meste efter aksionerne uden for axionsvinduet.

Forskerholdet ledet af prof. Peng Xinhua fra University of Science and Technology of China (USTC) fra det kinesiske videnskabsakademi, i samarbejde med prof. Dmitry Budker fra Helmholtz Institution i Mainz, brugte en nyligt udviklet spin-baseret forstærker til at begrænse hypotetiske axions inden for axion-vinduet, hvilket giver en måde at udforske lovende parameterrum. Undersøgelsen blev offentliggjort i Physical Review Letters .

Udvekslingen af ​​aksioner mellem fermioner resulterer i en eksotisk dipol-dipol-interaktion, der kan påvises ved laboratorieforsøg. I dette arbejde brugte forskerne en stor samling af polariserede rubidium-87 elektroner og polariserede xeon-129 nukleare spins som to slags fermioner. På grund af udvekslingen af ​​aksioner kunne rubidium generere det eksotiske signal på xeon-kernespindene, og derefter bruges de polariserede xeon-129-kernespind til resonanssøgning efter signalet.

Især viste forskerne, at de langlivede xeon-129-spins fungerer som en kvanteforforstærker, som kan forstærke det eksotiske signal med en faktor på mere end 40. Ved at bruge en sådan teknik gav de de strengeste begrænsninger for neutron-elektroner kobling medieret af aksioner for aksionsmassen fra 0,03 meV til 1 meV inden for aksionsvinduet.

Dette arbejde giver en følsom kvanteteknik til at realisere de indirekte aksionssøgninger med en nyligt udviklet spin-baseret forstærker, som er en væsentlig forbedring af følsomheden i et teoretisk interessant masseområde for aksioner. Det spin-baserede forstærkerskema, som en ny implementering, udvider mulighederne for spin-målinger og kan yderligere anvendes til resonanssøgning efter hypotetiske partikler ud over standardmodellen, såsom nye spin-1 mørke fotoner. + Udforsk yderligere

Ny spin-forstærker accelererer søgningen efter mørkt stof