Výskumníci použili kvantové senzory na skúmanie nových molekulárnych interakcií na veľmi malé vzdialenosti, čím poskytli prevratné výsledky, ktoré rozširujú rozsah štandardného modelu vo fyzike.

Výskumný tím pod vedením akademika Du Jiangfenga a profesora Rong Xinga z Čínskej univerzity vedy a techniky (USTC), súčasti Čínskej akadémie vied (CAS), v spolupráci s profesorom Jiao Manom ​​z univerzity Zhejiang, použili pevný materiál. . Spinové kvantové senzory na snímanie exotických interakcií závislých od rýchlosti otáčania (SSIVD) v krátkych silových rozsahoch. Ich štúdia uvádza nové experimentálne výsledky týkajúce sa interakcií elektrón-spin a bola publikovaná v časopise Fyzické kontrolné listy.

Štandardný model je veľmi úspešný teoretický rámec v časticovej fyzike, ktorý popisuje základné častice a štyri základné interakcie. Štandardný model však stále nedokáže vysvetliť niektoré dôležité pozorovacie fakty v súčasnej kozmológii, ako je tmavá hmota a tmavá energia.

Niektoré teórie naznačujú, že nové častice by mohli pôsobiť ako difúzne zariadenia, ktoré prenášajú nové interakcie medzi časticami štandardného modelu. V súčasnosti chýba experimentálny výskum nových interakcií medzi cyklami súvisiacimi s rýchlosťou, najmä v relatívne malom rozsahu sily a vzdialenosti, kde experimentálne overenie takmer neexistuje.

Experimentálne výsledky štúdie. Poďakovanie: Du et al.

Experimentálne usporiadanie a metodika

Vedci navrhli experimentálne zariadenie vybavené dvoma diamantmi. Na povrchu každého diamantu sa pripravilo vysokokvalitné pole dusíkových voľných miest pomocou chemického nanášania pár. Elektrónový spin v jednej skupine dusíkovej vakancie pôsobí ako spinový senzor, zatiaľ čo druhý pôsobí ako spinový zdroj.

Výskumníci hľadali nové interakčné efekty medzi rotáciou elektrónov závislou od rýchlosti na mikrometrovej stupnici koherentnou manipuláciou s kvantovými stavmi rotácie a relatívnymi rýchlosťami dvoch diamantových NV zhlukov. Najprv použili spinový senzor na charakterizáciu interakcie magnetického dipólu so zdrojom spinu ako referenciu. Ďalej moduláciou vibrácií zdroja rotácie a vykonaním detekcie uzamknutia a ortogonálnej fázovej analýzy zmerali SSIVD.

Pre dve nové reakcie výskumníci vykonali prvú experimentálnu detekciu v rozsahu sily menej ako 1 cm a menej ako 1 km a získali cenné experimentálne údaje.

Ako poznamenal editor: „Výsledky poskytujú komunite kvantového snímania nové poznatky na skúmanie základných interakcií využívaním kompaktných, flexibilných a spin-citlivých vlastností pevného stavu.“

Odkaz: „Nové obmedzenia pre exotické interakcie závislé od rýchlosti otáčania s kvantovými senzormi v pevnej fáze“ od Yu Huang, Hang Liang, Man Jiao, Bai Yu, Xiangyu Yi, Yijin Xie, Yi-Fu Cai, Zhang-Kui Duan, Ya Wang, Xingrong a Jiangfeng Du, 30. apríla 2024, Fyzické kontrolné listy.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.180801