中科大在基于原子器件的精密测量物理取得进展

近日，中国科学技术大学工程科学学院教授盛东与物理学院教授卢征天联合课题组，在基于原子器件的精密测量物理方面取得进展，开发出高精度的氙同位素共磁力仪。

核子（左）与极化氙原子（右）的单极-偶极相互作用示意图，图片来自中科大

前述团队借助氙同位素共磁力仪，进一步探索超越标准模型的新物理，对核子与中子间的单极-偶极相互作用强度在亚毫米尺度上设定了新上限。相关成果发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)。

图片来自《物理评论快报》(Physical Review Letters)

原子共磁力仪是一种既可以用来研究基础物理，又具有实际应用价值的原子器件。它通过同时同地测量两种原子的自旋进动信号，来消除磁场波动和漂移的影响，从而精确测量器件本身的转动，所以共磁力仪也是一种小型陀螺仪。

当转动信号在实验中被置零后，原子共磁力仪即可用来探索单极-偶极相互作用。这种奇异相互作用是由诺奖得主维尔切克(Franck Wilczek)提出的，它可由一种至今尚未被探测到的“轴子”粒子来传播。该粒子是由粒子物理与天体粒子物理和凝聚态物理预言存在的一种亚原子粒子。

为了实现高精度测量，前述课题组曾开发出自主的原子器件制备技术，并对131Xe（Xe为化学元素氙）的进动频谱提出了新的理论分析方法。同时，还发展了极化调制手段，以有效抑制极化碱金属原子对核自旋进动的影响。

基于前述技术，课题组此次利用两个月测量数据，在0.11至0.55毫米的作用程范围里（对应的传播子质量范围为0.36-1.80 MeV/c2，1 MeV/c2为1.783×10^(-30)千克）对核子与中子单极-偶极相互作用强度设置了新的测量上限。特别是在作用程0.24毫米附近，该工作的实验精度比此前结果提高了30倍。