物理系核物理实验组在自旋相关奇异相互作用力探测的研究中取得进展

 

标准模型是迄今为止被大量实验广泛验证的模型,但是标准模型不能解释自然界一些重要的现象,例如正反物质的不对称及暗物质暗能量的存在。物理学家相信存在超出标准模型的新物理,因此从实验上对标准模型给出严格检验、探索标准模型之外的新物理具有非常重要的科学意义。理论物理学家们提出暗物质最重要的候选者—轴子(Axion)和其他自旋为0或1的玻色子如赝光子,Z’粒子等可以传递自旋相关的宏观相互作用,引起了实验科学家们的广泛兴趣。

 

 

测量原理示意图。左侧为SERF磁强计,右侧区域为高密度电子自旋源装置

 

物理系核物理实验小组最近首次使用了一种寻找和测量自旋与速度相关的作用力的新方法,对自旋相关宏观作用力中的部分项进行了实验研究。他们采用纯铁包裹钐钴磁铁装置,有效地屏蔽漏磁,制备了具有高密度净电子自旋的电子源,使用自旋交换弛豫磁强计(SERF)作为灵敏探测器,对自旋电子源和磁强计介质电子之间的自旋相关相互作用进行了实验探测,对新奇自旋相关作用力的存在性给出了新的限制,如图1所示。实验第一次在5厘米到1千米力程范围内给出了电子自旋和速度相关相互作用中若干项的测量结果,对V8形式的自旋相关相互作用的限制,比之前世界上最好的结果提高了 11 个数量级。

该工作得到清华大学自主科研计划和国家自然科学基金委资助,由清华大学物理系博士生季伟(本文第一作者,导师为高海燕教授)、肖志刚教授、北航的陈瑶博士(共同通讯作者)以及上海交通大学的符长波教授(共同通讯作者)等人合作完成。该工作发表在最新一期的《物理评论快报》 Phys. Rev. Lett. 121.261803 (2018) 上。

全文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.261803