中國(guó)科大利用單自旋量子傳感器對(duì)新奇自旋相互作用做出新實(shí)驗(yàn)限定
中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授杜江峰領(lǐng)導(dǎo)的中科院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用單自旋量子傳感器,對(duì)超越標(biāo)準(zhǔn)模型自旋為1的軸矢量玻色子在微米尺度給出新的實(shí)驗(yàn)限定,該結(jié)果相比針對(duì)這種相互作用的原有國(guó)際最好水平在力程500微米處提升50倍左右。該成果以Constraints on a Spin-Dependent Exotic Interaction between Electrons with Single Electron Spin Quantum Sensors 為題,發(fā)表在8月22日的《物理評(píng)論快報(bào)》[Phys. Rev. Lett. 121, 080402 (2018)]上。
諾貝爾獎(jiǎng)得主 Wilczek 在1984年提出軸子或類(lèi)軸子可能誘導(dǎo)新奇自旋相互作用,因此提出在實(shí)驗(yàn)室搜尋這種宏觀尺度相互作用的可能。2006年 Dobrescu 和 Mocioiu 將這種新奇自旋相互作用擴(kuò)展到傳播子為一般玻色子的情形,列舉出16種新奇自旋相互作用的形式。近年來(lái),有很多物理實(shí)驗(yàn)對(duì)這16種新奇自旋相互作用展開(kāi)研究并給出實(shí)驗(yàn)限定。杜江峰團(tuán)隊(duì)2018年初在國(guó)際上首次提出可以將金剛石氮-空位色心(NV色心)單電子自旋量子傳感器用于搜尋電子與核之間的新奇自旋相互作用,并將實(shí)驗(yàn)搜尋的力程拓展到亞微米尺度[Nature Communications 9, 739 (2018)]。 在該工作中,杜江峰團(tuán)隊(duì)利用NV色心單電子自旋量子傳感器,對(duì)自旋為1的軸矢量玻色子誘導(dǎo)的極化電子之間的相互作用展開(kāi)研究。研究人員首先發(fā)展了基于NV色心的極化電子自旋信號(hào)測(cè)量技術(shù)[Phys. Rev. Applied 9, 064003 (2018)],成功探測(cè)到激光極化后的并五苯樣品產(chǎn)生的極化電子自旋信號(hào)。然后利用不同深度的NV色心測(cè)量極化電子自旋信號(hào),并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)模型以?xún)?nèi)的磁偶極相互作用比較分析。研究人員在其有效力程范圍未發(fā)現(xiàn)新粒子存在的證據(jù),這為極化的電子-電子相互作用的探索提供了新的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)約束。 中科院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員榮星是文章的第一作者。該項(xiàng)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院、科技部和安徽省的資助。 論文鏈接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.080402 |