Amplification du champ magnétique du capteur de spin. (a) Principe d'utilisation du capteur de spin pour rechercher des interactions exotiques. Le signal du champ pseudomagnétique est renforcé par le 129 Amplificateur à base de Xe, générant un champ magnétique effectif Beff lu par 87 Rb tourne. (b) Le facteur d'amplification 43,5 ± 0,8 est calibré à des fréquences d'environ 9,00, 9,50, 10,00, 10,50, 11,00 Hz. (c) La sensibilité magnétique améliorée atteint 22,3 fT/Hz 1/2 à la fréquence de résonance 10,00 Hz. Crédit :Lettres d'examen physique (2022). DOI : 10.1103/PhysRevLett.129.051801
Les axions et les particules de type axion encore à découvrir pourraient être la clé pour expliquer certaines des énigmes les plus profondes de notre univers, telles que la matière noire et la violation de la parité de charge dans les interactions fortes. Plusieurs théories récentes ont prédit que les masses des axions se situent probablement dans la "fenêtre d'axions" bien motivée (0,01 meV – 1 meV). Cependant, les recherches en laboratoire et les observations astrophysiques existantes recherchent principalement les axions en dehors de la fenêtre des axions.
L'équipe de recherche dirigée par le professeur Peng Xinhua de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) de l'Académie chinoise des sciences, en collaboration avec le professeur Dmitry Budker de l'Institut Helmholtz à Mayence, a utilisé un amplificateur basé sur le spin récemment développé pour contraindre hypothétique axions dans la fenêtre des axions, offrant un moyen d'explorer l'espace des paramètres prometteurs. L'étude a été publiée dans Physical Review Letters .
L'échange d'axions entre fermions se traduit par une interaction dipôle-dipôle exotique qui peut être détectable par des expériences de laboratoire. Dans ce travail, les chercheurs ont utilisé une grande collection d'électrons polarisés de rubidium-87 et de spins nucléaires polarisés de xeon-129 comme deux types de fermions. En raison de l'échange d'axions, le rubidium pourrait générer le signal exotique sur les spins nucléaires du xéon, puis les spins nucléaires polarisés du xéon-129 sont utilisés pour rechercher le signal par résonance.
En particulier, les chercheurs ont montré que les spins du xéon-129 à longue durée de vie agissent comme un préamplificateur quantique, qui peut amplifier le signal exotique d'un facteur supérieur à 40. En utilisant une telle technique, ils ont fourni les contraintes les plus strictes sur les neutrons-électrons. couplage médiatisé par les axions pour la masse des axions de 0,03 meV à 1 meV dans la fenêtre des axions.
Ce travail fournit une technique quantique sensible pour réaliser les recherches indirectes d'axions avec un amplificateur basé sur le spin récemment développé, qui est une amélioration substantielle de la sensibilité dans une région de masse théoriquement intéressante pour les axions. Le schéma d'amplification basé sur le spin, en tant que nouvelle implémentation, étend les capacités des mesures de spin et peut être appliqué davantage pour rechercher par résonance des particules hypothétiques au-delà du modèle standard, telles que les nouveaux photons noirs de spin-1. Un nouvel amplificateur de spin accélère la recherche de matière noire
