Az új spin-sebesség-kísérletek átírhatják a fizika tankönyveket

A kutatók kvantumérzékelőket használtak új molekuláris kölcsönhatások nagyon kis távolságokon történő feltárására, és úttörő eredményeket adtak, amelyek kiterjesztik a Standard Modell hatókörét a fizikában.

A Du Jiangfeng akadémikus és Rong Xing professzor, a Kínai Tudományos és Technológiai Egyetem (USTC), a Kínai Tudományos Akadémia (CAS) része, kutatócsoportja Jiao Man professzorral, a Zhejiang Egyetemről együttműködve szilárdtest-módszert használt. spin-kvantumérzékelők a forgástól és sebességtől függő egzotikus kölcsönhatások vizsgálatára (SSIVD-k) rövid erőtartományokban. Tanulmányuk új kísérleti eredményekről számolt be az elektronok spinjei közötti kölcsönhatásokkal kapcsolatban, és ben publikálták Anyagáttekintő levelek.

A Standard Modell egy nagyon sikeres elméleti keret a részecskefizikában, amely alapvető részecskéket és négy alapvető kölcsönhatást ír le. A Standard Modell azonban még mindig nem tud megmagyarázni néhány fontos megfigyelési tényt a jelenlegi kozmológiában, például a sötét anyagot és a sötét energiát.

Egyes elméletek azt sugallják, hogy az új részecskék diffúzorként működhetnek, új kölcsönhatásokat kölcsönözve a szabványos modell részecskéi között. Jelenleg hiányoznak a ciklusok közötti, sebességgel kapcsolatos új kölcsönhatások kísérleti kutatásai, különösen a viszonylag kis erő-távolság tartományban, ahol a kísérleti igazolás szinte nem létezik.

A vizsgálat kísérleti eredményei. Hitel: Du et al.

Kísérleti összeállítás és módszertan

A kutatók két gyémánttal felszerelt kísérleti eszközt terveztek. Minden egyes gyémánt felületén kiváló minőségű nitrogén-üres tömböt készítettek kémiai gőzleválasztással. A nitrogénüresedés egyik csoportjában lévő elektron spin spin-érzékelőként, míg a másik spinforrásként működik.

A kutatók új kölcsönhatási hatásokat kerestek a mikrométeres skálán a sebességtől függő elektron spinek között két gyémánt NV klaszter spinkvantumállapotainak és relatív sebességének koherens manipulálásával. Először is egy spin-érzékelőt használtak, hogy jellemezzék a mágneses dipólus és a spinforrás kölcsönhatását referenciaként. Ezután a spinforrás rezgésének modulálásával, reteszelés-észlelés és ortogonális fázisanalízis végrehajtásával megmérték az SSIVD-ket.

Két új reakció esetében a kutatók az első kísérleti kimutatást 1 cm-nél, illetve 1 km-nél kisebb erőtartományban hajtották végre, és értékes kísérleti adatokhoz jutottak.

Ahogy a szerkesztő megjegyezte: „Az eredmények új betekintést nyújtanak a kvantumérzékelő közösség számára az alapvető kölcsönhatások feltárásához a szilárdtest kompakt, rugalmas és spin-érzékeny tulajdonságainak kihasználásával.”

Hivatkozás: Yue Huang, Hang Liang, Man Jiao, Pei Yu, Xiang Yu Yi, Yi Jin Xie, Yi Fu Cai, Zhang Kuiduan és a „Spin- és sebességfüggő egzotikus kölcsönhatások új megszorításai szilárdtest-kvantumérzékelőkkel” Ya Wang, Xingrong és Jiangfeng Du, 2024. április 30. Anyagáttekintő levelek.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.180801