Prof. Du Jiangfeng, Prof. Rong Xing, och deras kollegor från Key Laboratory of Micromagnetic Resonance, University of Science and Technology of China (USTC) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) har satt de strängaste laboratoriekraven på den exotiska spinn- och hastighetsberoende interaktionen på mikrometerskalan. Denna studie publicerades i Fysiska granskningsbrev .

Jakten på mörk materia, mörk energi, och extra krafter är viktiga för förståelsen av existensen av den materia som står för ungefär en fjärdedel av universum, men få framsteg har gjorts. Det är nödvändigt att teoretiskt och experimentellt hitta partiklar utanför standardmodellen, en traditionsmodell för mikroskopiska partiklar exklusive mörk materia, som kandidater för mörk materia.

Exotisk spinninteraktion kan induceras av nya bosoner utanför standardmodellen, såsom axoner, axonliknande bosoner, mörka fotoner och Z-bosoner. Sedan dess förslag 1984, en serie sofistikerade experiment har gjorts för att utforska dessa exotiska spinninteraktioner.

I den här studien, forskarna genomförde en experimentell undersökning av hastighetsberoende exotiska spinninteraktioner. De använde kvartsstämgaffeln för att driva masskällan för att göra enkel harmonisk rörelse i en riktning vinkelrät mot diamantytan.

Sedan, de designade den experimentella sekvensen för att omvandla den exotiska interaktionen som ska utforskas till kvantfasinformationen för singelspinns kvantsensorn. Detta experiment gav laboratoriegränsen för en typ av hastighetsberoende spinninteraktion på mikrometerskalan. Gränsen vid 200 mikron är fyra storleksordningar strängare än gränsen som fastställts i de tidigare resultaten baserat på cesiums atomspektra, Ytterbium, och tallium.

Den här studien, som ett intressant äktenskap av kvantavkänningstekniker och testet av grundläggande interaktioner (traditionellt inom partikelfysik), är tilltalande för allmänna fysiker, och det ger ett tillvägagångssätt för att undersöka ny fysik bortom standardmodellen.

Prof. Dus team har fokuserat på forskning om den statiska exotiska spinninteraktionen. Under 2018, den använde för första gången kvävevakansdefekter i diamant som en enkelspinnssensor för att söka efter exotiska spinninteraktioner ( Naturkommunikation ), och ställ senare in den mest optimerade begränsningen vid tillfället på mikrometerskalan på den spinnberoende exotiska interaktionen med enkelspinnssensorn ( Fysiska granskningsbrev ), demonstrerar förmågan hos ensnurrig kvantsensor gjord av de enkla kvävevakanscentra i diamant för att utforska nya fysiska fenomen i mikronano-skala.