中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院教授盛東與物理學(xué)院教授盧征天聯(lián)合課題組開發(fā)了高精度的氙同位素共磁力儀，并利用該原子器件探索超越標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理，對核子與中子間的單極-偶極相互作用強(qiáng)度在亞毫米尺度上設(shè)定了新的上限。6月10日，相關(guān)研究成果以Search for Monopole-Dipole Interactions at the Submillimeter Range with a 129Xe-131Xe-Rb Comagnetometer為題，發(fā)表在《物理評論快報》上。
原子共磁力儀是一種既可以用來研究基礎(chǔ)物理又具有實(shí)際應(yīng)用價值的原子器件，它通過同時同地測量兩種原子的自旋進(jìn)動信號來消除磁場波動和漂移的影響，從而精確測量器件本身的轉(zhuǎn)動，因而共磁力儀也是一種小型陀螺儀。當(dāng)轉(zhuǎn)動信號在實(shí)驗(yàn)中被置零后，該原子器件即可用來探索單極-偶極相互作用。這種奇異相互作用由諾獎得主維爾切克（Franck Wilczek）提出，它可由一種至今尚未被探測到的“軸子”粒子來傳播。
為了實(shí)現(xiàn)高精度測量，課題組開發(fā)了自主的原子器件制備技術(shù)，并對131Xe的進(jìn)動頻譜提出了新的理論分析方法【Phys. Rev. A 102, 043109 (2020)】；同時，發(fā)展了極化調(diào)制手段來有效抑制極化堿金屬原子對核自旋進(jìn)動的影響。基于這一系列技術(shù)，課題組利用積累了兩個月的測量數(shù)據(jù)，在0.11-0.55 mm的作用程范圍里（對應(yīng)的傳播子質(zhì)量范圍為0.36-1.80 meV/c2）對核子與中子單極-偶極相互作用強(qiáng)度設(shè)置了新的測量上限，特別是在作用程0.24 mm附近，本工作的實(shí)驗(yàn)精度比前人結(jié)果提高了30倍。
研究工作得到國家自然科學(xué)基金和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的支持。
核子（左）與極化氙原子（右）的單極-偶極相互作用示意圖
來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
