Amplificação de campo magnético do sensor de rotação. (a) Princípio do uso do sensor de spin para procurar interações exóticas. O sinal do campo pseudomagnético é aprimorado pelo
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Amplificador baseado em Xe, gerando um campo magnético efetivo Beff lido por
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Rb gira. (b) O fator de amplificação 43,5±0,8 é calibrado em frequências de cerca de 9,00, 9,50, 10,00, 10,50, 11,00 Hz. (c) A sensibilidade magnética aprimorada atinge 22,3 fT/Hz
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na frequência de ressonância 10,00 Hz. Crédito:Cartas de Revisão Física (2022). DOI:10.1103/PhysRevLett.129.051801
Axions ainda a serem descobertos e partículas semelhantes a áxions podem ser a chave para explicar alguns dos enigmas mais profundos do nosso universo, como matéria escura e violação de paridade de carga em interações fortes. Várias teorias recentes previram que as massas de áxions provavelmente estão dentro da "janela de áxions" bem motivada (0,01 meV-1 meV). No entanto, as pesquisas de laboratório existentes e a observação astrofísica procuram principalmente os áxions fora da janela do áxion.
A equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Peng Xinhua da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) da Academia Chinesa de Ciências, colaborando com o Prof. Dmitry Budker da Helmholtz Institution em Mainz, usou um amplificador baseado em spin recentemente desenvolvido para restringir axions dentro da janela axion, fornecendo uma maneira de explorar o espaço de parâmetros promissor. O estudo foi publicado em
Physical Review Letters .
A troca de áxions entre férmions resulta em uma interação exótica dipolo-dipolo que pode ser detectada por experimentos de laboratório. Neste trabalho, os pesquisadores usaram uma grande coleção de elétrons polarizados de rubídio-87 e spins nucleares de xeon-129 polarizados como dois tipos de férmions. Devido à troca de axions, o rubídio poderia gerar o sinal exótico nos spins nucleares do xeon, e então os spins nucleares do xeon-129 polarizados são usados para procurar o sinal de forma ressonante.
Em particular, os pesquisadores mostraram que os spins de longa duração do xeon-129 atuam como um pré-amplificador quântico, que pode aumentar o sinal exótico por um fator de mais de 40. Usando essa técnica, eles forneceram as restrições mais rigorosas sobre nêutron-elétron acoplamento mediado por axions para a massa de axion de 0,03 meV a 1 meV dentro da janela de axion.
Este trabalho fornece uma técnica quântica sensível para realizar as buscas indiretas de axions com um amplificador baseado em spin recentemente desenvolvido, o que é uma melhoria substancial na sensibilidade em uma região de massa teoricamente interessante para axions. O esquema de amplificador baseado em spin, como uma nova implementação, estende as capacidades de medições de spin e pode ser aplicado para buscar ressonantemente partículas hipotéticas além do Modelo Padrão, como novos fótons escuros de spin-1.
+ Explorar mais Novo amplificador de spin acelera a busca por matéria escura
