Dönme hızını ölçecek yeni deneyler fizik ders kitaplarını yeniden yazabilir

Araştırmacılar, mikroskobik mesafelerdeki yeni parçacık etkileşimlerini keşfetmek için kuantum sensörlerini kullandılar ve fizikte Standart Modelin kapsamını genişleten çığır açıcı sonuçlar sağladılar.

Çin Bilimler Akademisi’nin (CAS) bir parçası olan Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden (USTC) Akademisyen Du Jiangfeng ve Profesör Rong Xing liderliğindeki bir araştırma ekibi, Zhejiang Üniversitesi’nden Profesör Jiao Man ile işbirliği içinde katı bir malzeme kullandı. . Kısa kuvvet aralıklarında egzotik dönüş hızına bağlı etkileşimleri (SSIVD’ler) araştırmak için spin kuantum sensörleri. Çalışmaları elektron-spin etkileşimleriyle ilgili yeni deneysel sonuçları rapor ediyor ve dergide yayınlandı. Fiziksel inceleme mektupları.

Standart Model, parçacık fiziğinde temel parçacıkları ve dört temel etkileşimi açıklayan oldukça başarılı bir teorik çerçevedir. Ancak Standart Model, karanlık madde ve karanlık enerji gibi güncel kozmolojideki bazı önemli gözlemsel gerçekleri hâlâ açıklayamıyor.

Bazı teoriler, yeni parçacıkların, Standart Model parçacıkları arasında yeni etkileşimler sağlayarak difüzör görevi görebileceğini öne sürüyor. Şu anda, özellikle deneysel doğrulamanın neredeyse hiç olmadığı nispeten küçük kuvvet-mesafe aralığında, döngüler arasındaki yeni hıza bağlı etkileşimler üzerine deneysel araştırma eksikliği vardır.

Çalışmanın deneysel sonuçları. Kredi: Du ve ark.

Deneysel kurulum ve metodoloji

Araştırmacılar iki elmasla donatılmış deneysel bir cihaz tasarladılar. Her elmasın yüzeyinde kimyasal buhar biriktirme kullanılarak yüksek kaliteli bir dizi nitrojen boşluğu hazırlandı. Nitrojen boşluğunun bir grubundaki elektron dönüşü bir dönüş sensörü görevi görürken, diğeri bir dönüş kaynağı görevi görür.

Araştırmacılar, iki elmas NV kümesinin spin kuantum durumlarını ve göreceli hızlarını tutarlı bir şekilde manipüle ederek mikrometre ölçeğinde elektronların hıza bağlı dönüşü arasında yeni etkileşim etkileri aradılar. İlk olarak, bir manyetik dipolün bir spin kaynağı ile etkileşimini referans olarak karakterize etmek için bir spin sensörü kullandılar. Daha sonra, dönüş kaynağının titreşimini modüle ederek ve kilitleme tespiti ve ortogonal faz analizi gerçekleştirerek SSIVD’leri ölçtüler.

Araştırmacılar, iki yeni reaksiyon için sırasıyla 1 cm’den az ve 1 km’den az kuvvet aralığında ilk deneysel tespitini yaparak değerli deneysel veriler elde etti.

Editörün belirttiği gibi, “Sonuçlar, kuantum algılama topluluğuna, katı hal dönüşünün kompakt, esnek ve hassas özelliklerinden yararlanan temel etkileşimleri keşfetme konusunda yeni bilgiler getiriyor.”

Referans: Yu Huang, Hang Liang, Man Jiao, Bai Yu, Xiangyu Yi, Yijin Xie, Yi-Fu Cai, Zhang-Kui Duan, Ya tarafından “Katı hal kuantum sensörleriyle egzotik dönüş hızına bağlı etkileşimlere ilişkin yeni kısıtlamalar” Wang, Xingrong ve Jiangfeng Du, 30 Nisan 2024, Malzeme inceleme mektupları.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.180801