Прорыв в Стандартной модели: ученые обнаружили новые взаимодействия на микроскопических расстояниях

Учёные из Университета науки и технологий Китая (USTC) совместно с коллегами из Чжэцзянского университета использовали квантовые датчики для изучения новых взаимодействий частиц на микроскопических расстояниях. Результаты исследования, опубликованные в журнале Physical Review Letters, открывают новые горизонты для Стандартной модели физики.

Стандартная модель - это теоретическая основа, описывающая фундаментальные частицы и четыре основные взаимодействия. Однако она не способна объяснить некоторые важные наблюдательные факты современной космологии, такие как тёмная материя и тёмная энергия.

Некоторые теории предполагают, что новые частицы могут выступать в роли посредников, передающих новые взаимодействия между частицами Стандартной модели. В настоящее время существует нехватка экспериментальных исследований новых взаимодействий, связанных со скоростью между спинами, особенно на малых расстояниях, где экспериментальная проверка практически отсутствует.

Новые ограничения на экзотические спин-зависимые взаимодействия

Команда исследователей под руководством академика Ду Цзянфэна и профессора Жун Сина из USTC провела эксперименты с использованием твердотельных спиновых квантовых датчиков для изучения экзотических спин-зависимых взаимодействий (solid-state spin quantum sensors to examine exotic spin-spin-velocity-dependent interactions, SSIVDs) на коротких расстояниях. В экспериментальной установке использовались два алмаза, на поверхности которых методом химического осаждения паров была создана высококачественная структура с азотно-вакансионными центрами (high-quality nitrogen-vacancy, NV). Электронный спин в одном из этих центров служил спиновым датчиком, а в другом - спиновым источником.

Учёные исследовали новые эффекты взаимодействия между спинами электронов, зависящие от скорости, на микрометровом масштабе, манипулируя квантовыми состояниями спинов и относительными скоростями двух алмазных NV-структур. Они использовали спиновый датчик для характеристики магнитного дипольного взаимодействия со спиновым источником, а затем измерили SSIVDs с помощью модуляции вибрации спинового источника и фазового ортогонального анализа.

В результате исследования были получены ценные экспериментальные данные для двух новых взаимодействий на расстояниях менее 1 см и менее 1 км соответственно. Эти результаты открывают новые возможности для квантовых датчиков в изучении фундаментальных взаимодействий, используя компактные, гибкие и чувствительные свойства твердотельных спинов.

Заключение

Исследование, проведенное учеными из Китая, прокладывает путь к более глубокому пониманию взаимодействий частиц и расширяет рамки Стандартной модели. Новые данные и методики, предложенные командой исследователей, открывают перспективы для дальнейших экспериментов и открытий в области квантовой физики.