量子與物理的碰撞 中國科大在新奇自旋相互作用研究中取得重要進展

6月30日消息（余予）來自中國科大的消息顯示，中國科大中國科學(xué)院微觀磁共振重點實驗室杜江峰、榮星等人在新奇自選相互作用的研究中取得重要進展，對一類速度相關(guān)的新奇自旋相互作用在微米尺度給出了當(dāng)下最嚴(yán)格的實驗限定。

研究團隊通過石英音叉帶動質(zhì)量源在垂直金剛石表面的方向做簡諧運動，并精心設(shè)計實驗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。該實驗對一類速度相關(guān)的新自旋相互作用在微米尺度給出了新的實驗限定，其中在200微米處的限定比以往基于銫、鐿、鉈原子光譜的實驗結(jié)果嚴(yán)格4個數(shù)量級。

圖：紅線是此次實驗對新奇自旋相互作用耦合常數(shù)gAegAe作出的實驗限定。

據(jù)了解，一開始的新奇自旋相互作用研究在1984年，科學(xué)家提出了一種標(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)，譬如軸子、類軸子、暗光子，Z'玻色子等。這些新的玻色子有著不同的理論背景，此后一系列精密的科學(xué)實驗被用于探索這些新奇自旋相互作用。

中國科大杜江峰團隊早在幾年前便開始新奇自旋相互作用研究：2018年2月，在國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來搜尋新奇自旋相互作用；同年8月，研究團隊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)實驗限定。

以上工作均以靜態(tài)的新奇自旋相互作用為研究對象，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新物理的探索能力。

該成果以“Experimental Constraints on an Exotic Parity-Odd Spin- and Velocity-Dependent Interaction with a Single Electron Spin Quantum Sensor”為題于6月29日在物理評論快報上發(fā)表。審稿人評價稱，這篇文章展示了量子測量技術(shù)與基礎(chǔ)物理檢驗的聯(lián)姻，對廣大物理學(xué)家極具吸引力。

中國科學(xué)院微觀磁共振重點實驗室博士研究生焦曼和郭茂森為該文共同第一作者，天文系蔡一夫教授為理論合作者，杜江峰院士和榮星特任教授為該文的共同通訊作者。該研究得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院和安徽省的資助。

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