近日，中國科學技術大學工程科學學院教授盛東與物理學院教授盧征天聯(lián)合課題組，在基于原子器件的精密測量物理方面取得進展，開發(fā)出高精度的氙同位素共磁力儀。

核子（左）與極化氙原子（右）的單極-偶極相互作用示意圖，圖片來自中科大

前述團隊借助氙同位素共磁力儀，進一步探索超越標準模型的新物理，對核子與中子間的單極-偶極相互作用強度在亞毫米尺度上設定了新上限。相關成果發(fā)表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)。

圖片來自《物理評論快報》(Physical Review Letters)

原子共磁力儀是一種既可以用來研究基礎物理，又具有實際應用價值的原子器件。它通過同時同地測量兩種原子的自旋進動信號，來消除磁場波動和漂移的影響，從而精確測量器件本身的轉動，所以共磁力儀也是一種小型陀螺儀。

當轉動信號在實驗中被置零后，原子共磁力儀即可用來探索單極-偶極相互作用。這種奇異相互作用是由諾獎得主維爾切克(Franck Wilczek)提出的，它可由一種至今尚未被探測到的“軸子”粒子來傳播。該粒子是由粒子物理與天體粒子物理和凝聚態(tài)物理預言存在的一種亞原子粒子。

為了實現(xiàn)高精度測量，前述課題組曾開發(fā)出自主的原子器件制備技術，并對131Xe（Xe為化學元素氙）的進動頻譜提出了新的理論分析方法。同時，還發(fā)展了極化調制手段，以有效抑制極化堿金屬原子對核自旋進動的影響。

基于前述技術，課題組此次利用兩個月測量數(shù)據(jù)，在0.11至0.55毫米的作用程范圍里（對應的傳播子質量范圍為0.36-1.80 MeV/c2，1 MeV/c2為1.783×10^(-30)千克）對核子與中子單極-偶極相互作用強度設置了新的測量上限。特別是在作用程0.24毫米附近，該工作的實驗精度比此前結果提高了30倍。