Amplificazione del campo magnetico del sensore di rotazione. (a) Principio di utilizzo del sensore di rotazione per la ricerca di interazioni esotiche. Il segnale del campo pseudomagnetico è potenziato dal 129 Amplificatore basato su Xe, che genera un campo magnetico efficace Beff letto da 87 Rb gira. (b) Il fattore di amplificazione 43,5±0,8 è calibrato a frequenze di circa 9,00, 9,50, 10,00, 10,50, 11,00 Hz. (c) La maggiore sensibilità magnetica raggiunge 22,3 fT/Hz 1/2 alla frequenza di risonanza 10,00 Hz. Credito:Lettere di revisione fisica (2022). DOI:10.1103/PhysRevLett.129.051801
Gli assioni e le particelle simili ad assioni ancora da scoprire possono essere la chiave per spiegare alcuni degli enigmi più profondi del nostro universo, come la materia oscura e la violazione della parità di carica nelle interazioni forti. Diverse teorie recenti hanno predetto che le masse di assioni si trovano probabilmente all'interno della ben motivata "finestra di assioni" (0,01 meV–1 meV). Tuttavia, le ricerche di laboratorio esistenti e l'osservazione astrofisica cercano principalmente gli assioni al di fuori della finestra dell'assione.
Il gruppo di ricerca guidato dal Prof. Peng Xinhua dell'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina (USTC) dell'Accademia cinese delle scienze, in collaborazione con il Prof. Dmitry Budker dell'Helmholtz Institution di Mainz, ha utilizzato un amplificatore basato sullo spin di recente sviluppo per limitare l'ipotetico axions all'interno della finestra di axion, fornendo un modo per esplorare lo spazio dei parametri promettente. Lo studio è stato pubblicato in Physical Review Letters .
Lo scambio di assioni tra fermioni si traduce in un'interazione esotica dipolo-dipolo che può essere rilevabile da esperimenti di laboratorio. In questo lavoro, i ricercatori hanno utilizzato un'ampia raccolta di elettroni polarizzati di rubidio-87 e spin nucleari di xeon-129 polarizzati come due tipi di fermioni. A causa dello scambio di assioni, il rubidio potrebbe generare il segnale esotico sugli spin nucleari dello xeon, quindi gli spin nucleari polarizzati dello xeon-129 vengono utilizzati per cercare in modo risonante il segnale.
In particolare, i ricercatori hanno mostrato che gli spin xeon-129 di lunga durata agiscono come un preamplificatore quantistico, che può aumentare il segnale esotico di un fattore superiore a 40. Usando una tale tecnica, hanno fornito i vincoli più severi sul neutrone-elettrone accoppiamento mediato da assioni per la massa di assioni da 0,03 meV a 1 meV all'interno della finestra di assioni.
Questo lavoro fornisce una tecnica quantistica sensibile per realizzare le ricerche di assioni indirette con un amplificatore basato sullo spin di recente sviluppo, che rappresenta un sostanziale miglioramento della sensibilità in una regione di massa teoricamente interessante per gli assioni. Lo schema dell'amplificatore basato sullo spin, come nuova implementazione, estende le capacità delle misurazioni dello spin e può essere ulteriormente applicato per cercare in modo risonante ipotetiche particelle oltre il modello standard, come i nuovi fotoni scuri di spin-1. + Esplora ulteriormente
