Новые эксперименты по измерению скорости вращения могут переписать учебники физики

Исследователи использовали квантовые датчики для изучения новых взаимодействий частиц на микроскопических расстояниях, предоставив революционные результаты, которые расширяют возможности Стандартной модели в физике.

Исследовательская группа под руководством академика Ду Цзянфэна и профессора Ронг Сина из Университета науки и технологий Китая (USTC), входящего в состав Китайской академии наук (CAS), в сотрудничестве с профессором Цзяо Манем из Университета Чжэцзян, использовала твердый материал. . Спиновые квантовые датчики для исследования экзотических взаимодействий, зависящих от скорости спина (SSIVD), в коротких диапазонах сил. Их исследование сообщает о новых экспериментальных результатах, связанных с электрон-спиновым взаимодействием, и было опубликовано в журнале. Письма о физическом осмотре.

Стандартная модель — это весьма успешная теоретическая основа в физике элементарных частиц, описывающая фундаментальные частицы и четыре фундаментальных взаимодействия. Однако Стандартная модель до сих пор не может объяснить некоторые важные наблюдательные факты в современной космологии, такие как темная материя и темная энергия.

Некоторые теории предполагают, что новые частицы могут действовать как диффузионные устройства, передавая новые взаимодействия между частицами Стандартной модели. В настоящее время недостаточно экспериментальных исследований новых взаимодействий между циклами, связанных со скоростью, особенно в относительно небольшом диапазоне сила-расстояние, где экспериментальное подтверждение практически отсутствует.

Экспериментальные результаты исследования. Кредит: Ду и др.

Экспериментальная установка и методология

Исследователи разработали экспериментальное устройство, оснащенное двумя алмазами. На поверхности каждого алмаза методом химического осаждения из газовой фазы был приготовлен высококачественный массив вакансий азота. Спин электронов в одной группе азотной вакансии действует как датчик спина, а в другой — как источник спина.

Исследователи искали новые эффекты взаимодействия между зависящим от скорости спином электронов в микрометровом масштабе, последовательно манипулируя состояниями квантового спина и относительными скоростями двух алмазных NV-кластеров. Во-первых, они использовали датчик вращения, чтобы охарактеризовать взаимодействие магнитного диполя с источником вращения в качестве эталона. Затем, модулируя вибрацию спинового источника и выполняя обнаружение блокировки и ортогональный фазовый анализ, они измерили SSIVD.

Для двух новых реакций исследователи сделали первое экспериментальное обнаружение в диапазоне сил менее 1 см и менее 1 км соответственно и получили ценные экспериментальные данные.

Как отметил редактор: «Результаты дают новое понимание сообществу квантовых датчиков для изучения фундаментальных взаимодействий путем использования компактных, гибких и спин-чувствительных особенностей твердого тела».

Ссылка: «Новые ограничения на экзотические взаимодействия, зависящие от спина и скорости, с твердотельными квантовыми датчиками», авторы Юэ Хуан, Хан Лян, Ман Цзяо, Пей Ю, Сян Ю И, И Цзинь Се, И Фу Цай, Чжан Куйдуань и Я Ван, Синжун и Цзянфэн Ду, 30 апреля 2024 г., Письма с обзором материалов.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.180801.