從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校杜江峰院士領(lǐng)導(dǎo)的中科院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，提出并實(shí)現(xiàn)了用于搜尋類軸子的單電子自旋量子傳感器，將搜尋的力程拓展到亞微米尺度。研究成果2月21日發(fā)表在《自然 通訊》上。 X+$IaLfCxD  
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尋找粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型之外的新粒子對于探索新物理至關(guān)重要。因?yàn)檫@些新粒子往往會被用于填補(bǔ)當(dāng)前粒子物理學(xué)、天體物理和宇宙學(xué)等多方面的理論缺陷，例如，粒子質(zhì)量等級問題、正反物質(zhì)不對稱性、以及暗物質(zhì)和暗能量的物理本質(zhì)。人們猜測這類新粒子或許在電子與核子的相互作用當(dāng)中扮演著新的傳遞媒介，因此這類相互作用為實(shí)驗(yàn)探索新粒子提供了寶貴的機(jī)會。近年來，人們發(fā)展了一系列精巧的實(shí)驗(yàn)裝置，在20微米以上的力程范圍內(nèi)開展了電子與核子相互作用的搜尋。然而，在更短的力程范圍內(nèi)開展實(shí)驗(yàn)研究面臨一系列挑戰(zhàn)：如何構(gòu)筑一個(gè)尺寸足夠小的傳感器？如何設(shè)計(jì)傳感器的幾何形狀從而允許電子和核子充分接近？如何提升傳感器的靈敏度，從而給出有意義的限定？如何有效隔離好環(huán)境噪聲，尤其是不可避免的電磁噪聲？ wG-lR,glb  
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杜江峰團(tuán)隊(duì)提出并實(shí)現(xiàn)了一種嶄新的探測方法，即將金剛石近表面NV色心的電子自旋用作傳感器來搜尋小于20微米范圍的電子與核子相互作用。團(tuán)隊(duì)制備了離金剛石表面10納米以內(nèi)的NV色心作為探測器，開發(fā)了相應(yīng)的電子學(xué)設(shè)備和量子控制方法，一舉解決了上述制約短力程探索的系列難題。實(shí)驗(yàn)表明新傳感器可以探索的力程范圍是0.1微米到23微米。研這一新方法也可以推廣到其它自旋相關(guān)的新相互作用的研究，從而為利用單自旋量子傳感器來研究超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理提供了可能性，有望激發(fā)宇宙學(xué)、天體物理和高能物理等多個(gè)基礎(chǔ)科學(xué)的廣泛興趣。審稿人高度評價(jià)該工作“是一個(gè)新穎的實(shí)驗(yàn)方法”，“為直接探測較大質(zhì)量類軸子開辟了一個(gè)實(shí)驗(yàn)窗口”。