科學(xué)家在新奇自旋相互作用研究中取得突破

本報(bào)訊?中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)杜江峰院士、榮星等人對(duì)一類速度相關(guān)的新奇自旋相互作用在微米尺度給出了當(dāng)下最嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)限定。該成果6月29日發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》。審稿人認(rèn)為，這一成果展示了量子測(cè)量技術(shù)與基礎(chǔ)物理檢驗(yàn)的聯(lián)姻，對(duì)廣大物理學(xué)家極具吸引力。

在天文學(xué)和物理學(xué)中，暗物質(zhì)及相關(guān)物理研究是一個(gè)尚待探索且極其重要的研究領(lǐng)域。圍繞這一方向的研究，人類可以對(duì)占據(jù)宇宙約1/4的物質(zhì)存在有更好的了解，并由此可能孕育出一系列重大的基礎(chǔ)科學(xué)突破。

粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型，是描述微觀粒子世界的一個(gè)非常成功的理論模型。但標(biāo)準(zhǔn)模型中并不包括暗物質(zhì)，需要從理論和實(shí)驗(yàn)上尋找超出標(biāo)準(zhǔn)模型的粒子作為暗物質(zhì)的候選者。1984年，科學(xué)家提出一種標(biāo)準(zhǔn)模型以外的新奇自旋相互作用，這種相互作用可以由標(biāo)準(zhǔn)模型以外的新玻色子誘導(dǎo)，此后一系列精密的科學(xué)實(shí)驗(yàn)被用于探索這些新奇自旋相互作用。

2018年2月，杜江峰團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次提出利用金剛石中氮—空位缺陷作為單自旋傳感器，搜尋新奇自旋相互作用；同年8月，他們基于該單自旋傳感器，搜尋極化自旋之間的新奇相互作用，給出了微米尺度最優(yōu)實(shí)驗(yàn)限定。這些工作均以靜態(tài)的新奇自旋相互作用為研究對(duì)象，充分展示了金剛石氮—空位缺陷單自旋量子傳感器在微納尺度對(duì)新物理的探索能力。

杜江峰團(tuán)隊(duì)近期開(kāi)展了一類速度相關(guān)的新奇自旋相互作用的實(shí)驗(yàn)探索。他們通過(guò)石英音叉帶動(dòng)質(zhì)量源在垂直金剛石表面的方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，并精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)序列將所要探索的新相互作用，轉(zhuǎn)化成單自旋量子傳感器的量子相位信息。

該實(shí)驗(yàn)對(duì)一類速度相關(guān)的新奇自旋相互作用在微米尺度給出了新的實(shí)驗(yàn)限定，在200微米處的限定比以往基于銫、鐿、鉈原子光譜的實(shí)驗(yàn)結(jié)果嚴(yán)格4個(gè)數(shù)量級(jí)。（桂運(yùn)安）

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.010501

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 (2021-07-01 第1版 要聞)

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