新奇自旋相互作用研究获重要进展

科技日报记者 吴长锋

记者从中国科学技术大学获悉，该校中国科学院微观磁共振重点实验室杜江峰、荣星等，对一类速度相关的新奇自旋相互作用在微米尺度给出了当下最严格的实验限定，该成果发表在6月29日的《物理评论快报》上。

目前天文学和物理学中，暗物质及其相关物理研究是一个尚待探索的、并且极其重要的研究领域，围绕这一方向的研究能够让我们对占据宇宙比分约四分之一的物质存在有更好的了解，并由此可能孕育出一系列重大的基础科学突破。粒子物理标准模型是描述微观粒子世界的一个非常成功的理论模型，但是标准模型中并不包括暗物质，需要从理论和实验上寻找超出标准模型的粒子作为暗物质的候选者。1984年，科学家提出一种标准模型以外的新奇自旋相互作用，这种相互作用可以由标准模型以外的新玻色子诱导，譬如轴子、类轴子、暗光子，Z'玻色子等。此后一系列精密的科学实验被用于探索这些新奇自旋相互作用。

此前，杜江峰院士团队在国际上首次提出利用金刚石中氮-空位缺陷作为单自旋传感器来搜寻新奇自旋相互作用，基于该单自旋传感器搜寻极化自旋之间的新奇相互作用，给出了微米尺度最优实验限定。这些工作均以静态的新奇自旋相互作用为研究对象，充分展示了金刚石氮-空位缺陷单自旋量子传感器在微纳尺度对新物理的探索能力。

在前期工作基础上，研究团队开展了一类速度相关的新奇自旋相互作用的实验探索。他们通过石英音叉带动质量源在垂直金刚石表面的方向做简谐运动，并精心设计实验序列将所要探索的新相互作用转化成单自旋量子传感器的量子相位信息。该实验对一类速度相关的新自旋相互作用在微米尺度给出了新的实验限定，其中在200微米处的限定比以往基于铯、镱、铊原子光谱的实验结果严格4个数量级。

审稿人对该工作做出了高度评价：“这篇文章展示了量子测量技术与基础物理检验的联姻，对广大物理学家极具吸引力。”