Prof. Du Jiangfeng, Prof. Rong Xing, e i loro colleghi del Key Laboratory of Micromagnetic Resonance, L'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina (USTC) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) ha stabilito il vincolo di laboratorio più rigoroso sull'interazione esotica dipendente dallo spin e dalla velocità su scala micrometrica. Questo studio è stato pubblicato in Lettere di revisione fisica .

La ricerca della materia oscura, energia oscura, e forze extra è importante per la comprensione dell'esistenza della materia che rappresenta circa un quarto dell'universo, ma sono stati fatti pochi progressi. È necessario trovare teoricamente e sperimentalmente particelle al di fuori del Modello Standard, un modello tradizionale per le particelle microscopiche esclusa la materia oscura, come candidati per la materia oscura.

L'interazione di spin esotico può essere indotta da nuovi bosoni al di fuori del Modello Standard, come gli assoni, bosoni simili ad assoni, fotoni oscuri e bosoni Z. Dalla sua proposta nel 1984, sono stati fatti una serie di esperimenti sofisticati per esplorare queste esotiche interazioni di spin.

In questo studio, i ricercatori hanno effettuato un'esplorazione sperimentale delle interazioni di spin esotiche dipendenti dalla velocità. Hanno usato il diapason al quarzo per guidare la sorgente di massa per fare un semplice movimento armonico in una direzione perpendicolare alla superficie del diamante.

Quindi, hanno progettato la sequenza sperimentale per convertire l'interazione esotica da esplorare nelle informazioni sulla fase quantistica del sensore quantistico a spin singolo. Questo esperimento ha fornito al laboratorio il limite di un tipo di interazione di spin dipendente dalla velocità su scala micrometrica. Il limite a 200 micron è quattro ordini di grandezza più stretto del limite stabilito nei risultati precedenti basati sugli spettri atomici del Cesio, Itterbio, e tallio.

Questo studio, come un interessante connubio tra le tecniche di rilevamento quantistico e il test delle interazioni fondamentali (tradizionalmente nella fisica delle particelle), fa appello ai fisici generali, e fornisce un approccio per sondare nuova fisica oltre il Modello Standard.

Il team del Prof. Du si è concentrato sulla ricerca dell'interazione di spin esotici statici. Nel 2018, ha usato per la prima volta i difetti di vacanza dell'azoto nel diamante come sensore a spin singolo per cercare interazioni di spin esotiche ( Comunicazioni sulla natura ), e successivamente impostare il vincolo più ottimizzato al momento sulla scala micrometrica sull'interazione esotica dipendente dallo spin con il sensore a spin singolo ( Lettere di revisione fisica ), dimostrando la capacità del sensore quantistico a spin singolo realizzato dai singoli centri di azoto vacanti nel diamante di esplorare nuovi fenomeni fisici su scala micro-nano.