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科學(xué)家在新奇自旋相互作用研究中取得突破
本報訊?中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)杜江峰院士、榮星等人對一類速度相關(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。該成果6月29日發(fā)表于《物理評論快報》。審稿人認(rèn)為，這一成果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。
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)，需要從理論和實驗上尋找超出標(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)實驗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，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)實驗限定。這些工作均以靜態(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。
杜江峰團(tuán)隊近期開展了一類速度相關(guān)的新奇自旋相互作用的實驗探索。他們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)的新奇自旋相互作用在微米尺度給出了新的實驗限定，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。（桂運安）
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.010501
《中國科學(xué)報》 (2021-07-01 第1版 要聞)
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