Chinesische Forscher haben mithilfe von Festkörper-Quantensensoren neue geschwindigkeitsbezogene Wechselwirkungen zwischen Elektronenspins untersucht und dabei wertvolle Daten und neue Einblicke in die Grundlagenphysik geliefert. Bildnachweis: SciTechDaily.com
Forscher haben mithilfe von Quantensensoren neue Teilchenwechselwirkungen in mikroskopischen Entfernungen erforscht und dabei bahnbrechende Ergebnisse geliefert, die den Anwendungsbereich des Standardmodells in der Physik erweitern.
Ein Forschungsteam unter der Leitung des Akademikers Du Jiangfeng und Professor Rong . Spinquantensensoren zur Untersuchung exotischer spingeschwindigkeitsabhängiger Wechselwirkungen (SSIVDs) in kurzen Kraftbereichen. Ihre Studie berichtet über neue experimentelle Ergebnisse im Zusammenhang mit Elektronen-Spin-Wechselwirkungen und wurde in der Fachzeitschrift veröffentlicht Briefe zur körperlichen Untersuchung.
Das Standardmodell ist ein äußerst erfolgreiches theoretisches Rahmenwerk der Teilchenphysik, das grundlegende Teilchen und vier grundlegende Wechselwirkungen beschreibt. Allerdings kann das Standardmodell einige wichtige Beobachtungsfakten der aktuellen Kosmologie, wie etwa dunkle Materie und dunkle Energie, immer noch nicht erklären.
Einige Theorien deuten darauf hin, dass die neuen Teilchen als Diffusionsgeräte fungieren und neue Wechselwirkungen zwischen Teilchen des Standardmodells übertragen könnten. Derzeit mangelt es an experimenteller Forschung zu neuen geschwindigkeitsbezogenen Wechselwirkungen zwischen Zyklen, insbesondere im relativ kleinen Kraft-Abstand-Bereich, wo eine experimentelle Überprüfung nahezu nicht vorhanden ist.
Experimentelle Ergebnisse der Studie. Bildnachweis: Du et al.
Versuchsaufbau und Methodik
Die Forscher entwarfen einen Versuchsaufbau, der mit zwei Diamanten ausgestattet war. Auf der Oberfläche jedes Diamanten wird mittels chemischer Gasphasenabscheidung ein hochwertiges Stickstoff-Leerstellen-Array (NV) vorbereitet. Der Elektronenspin in einer NV-Gruppe fungiert als Spinsensor, während die andere als Spinquelle fungiert.
Die Forscher suchten nach neuen Wechselwirkungseffekten zwischen dem geschwindigkeitsabhängigen Spin von Elektronen auf der Mikrometerskala, indem sie die Spinquantenzustände und Relativgeschwindigkeiten zweier Diamant-NV-Cluster kohärent manipulierten. Zunächst verwendeten sie einen Spinsensor, um die Wechselwirkung eines magnetischen Dipols mit einer Spinquelle als Referenz zu charakterisieren. Als nächstes maßen sie die SSIVDs, indem sie die Vibration der Spinquelle modulierten und eine Verriegelungserkennung und eine orthogonale Phasenanalyse durchführten.
Für zwei neue Reaktionen konnten die Forscher erstmals experimentelle Nachweise im Kraftbereich unter 1 cm bzw. unter 1 km durchführen und wertvolle experimentelle Daten gewinnen.
Der Herausgeber bemerkte: „Die Ergebnisse liefern der Quantensensorik neue Erkenntnisse zur Erforschung grundlegender Wechselwirkungen durch Nutzung der kompakten, flexiblen und spinempfindlichen Eigenschaften des Festkörpers.“
Referenz: „Neue Einschränkungen für spin- und geschwindigkeitsabhängige exotische Wechselwirkungen mit Festkörper-Quantensensoren“ von Yue Huang, Hang Liang, Man Jiao, Pei Yu, Xiang Yu Yi, Yi Jin Xie, Yi Fu Cai, Zhang Kuiduan und Ya Wang, Xingrong und Jiangfeng Du, 30. April 2024. Briefe zur körperlichen Untersuchung.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.180801
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