我国学者成功研制用于搜寻新粒子的单自旋量子传感器

来源:甘肃日报点击数:534发布时间:2018-02-27

    寻找粒子物理标准模型之外的新粒子,对物理新探索非常重要。记者从中国科学技术大学获悉,该校杜江峰院士团队近期成功研制出用于搜寻“类轴子粒子”的单电子自旋量子传感器,将搜寻的力程拓展到亚微米尺度。国际权威学术期刊《自然·通讯》日前发表了该成果。

    新粒子的发现,可用于填补当前粒子物理学、天体物理和宇宙学等方面的理论缺陷,例如粒子质量等级问题、强CP疑难、正反物质不对称性以及暗物质和暗能量的物理本质。

    近年来,国际学界发展了一系列精巧的实验装置,在20微米以上的力程范围内开展了电子与核子相互作用的搜寻。但要在更短的力程范围内开展实验研究,则面临一系列挑战:如何构筑一个尺寸足够小的传感器?如何设计传感器的几何形状从而允许电子和核子充分接近?如何提升传感器的灵敏度,从而给出有意义的限定?如何有效隔离好环境噪声,尤其是不可避免的电磁噪声?

    近期,杜江峰领导的中科院微观磁共振重点实验室团队与中科大天文学系、国家同步辐射实验室科研人员合作,提出并实现了一种全新的探测方法,即将金刚石近表面NV色心的电子自旋,用作传感器来搜寻小于20微米范围的电子与核子相互作用。他们制备了离金刚石表面10纳米以内的NV色心作为探测器,开发了相应的电子学设备和量子控制方法,解决了上述制约短力程探索的系列难题。实验表明,新传感器可以探索的力程范围是0.1微米到23微米,为电子—核子相互作用的探索提供了新的观测约束。

文章来源:甘肃日报 2018-02-26 第05版:综合要闻