Novo dispositivo atômico para pesquisar interações físicas exóticas na faixa submilimétrica
Esquema de um co-magnetômetro. A direita é uma célula contendo átomos e a esquerda é uma massa próxima. Crédito:equipe de SHENG Dong e LU Zhengtian
Um grupo de pesquisa liderado pelo Prof. Sheng Dong e Prof. Lu Zhengtian da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) da Academia Chinesa de Ciências desenvolveu um co-magnetômetro de xenônio de alta precisão.
Eles usaram esse dispositivo atômico para procurar novas físicas além do Modelo Padrão, e o resultado nulo da pesquisa implica novos limites superiores nas interações monopolo-dipolo na faixa submilimétrica.
O trabalho foi publicado em
Cartas de Revisão Física em 10 de junho.
Usando um co-magnetômetro para medir os sinais de precessão de spin de dois tipos diferentes de átomos que coabitam na mesma célula, os pesquisadores podem remover os efeitos dominantes devido aos campos magnéticos e sondar interações monopolo-dipolo entre spins atômicos e uma massa próxima.
Neste estudo, os pesquisadores usaram xenônio-129 e xenônio-131 na célula de um co-magnetômetro. A célula também consistia em átomos de rubídio, polarizados por laser. Os átomos de rubídio então polarizaram os átomos de xenônio por meio de colisão. Átomos de rubídio também foram usados para indicar as precessões dos isotipos de xenônio.
No entanto, estudos anteriores mostraram que os átomos de rubídio têm efeitos sistemáticos na medição e afetam a precisão. Para evitar esse efeito, os pesquisadores desenvolveram um procedimento para suprimir os efeitos dos átomos de rubídio polarizados nos núcleos de xenônio de precessão.
Devido a esses avanços no co-magnetômetro, as medições precisas resultaram em novos limites superiores nas forças das interações monopolo-dipolo na faixa de 0,11 a 0,55 cm, correspondendo a uma faixa de massa de áxion de 0,36 a 1,80 meV/c
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. Em particular, o limite foi melhorado em relação a trabalhos anteriores por um fator de 30 na faixa de interação de 0,24 mm.
As interações monopolo-dipolo devem ser mediadas por áxions, partículas hipotéticas além do Modelo Padrão. Axions são possíveis fontes de matéria fria. Ao procurar interações monopolo-dipolo com maior sensibilidade e limites superiores mais baixos, os cientistas podem descobrir o mistério do universo um dia.
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