Nuevos experimentos de velocidad de giro podrían reescribir los libros de texto de física

Los investigadores han utilizado sensores cuánticos para explorar nuevas interacciones de partículas a distancias microscópicas, proporcionando resultados innovadores que amplían el alcance del modelo estándar en física.

Un equipo de investigación dirigido por el académico Du Jiangfeng y el profesor Rong Xing de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC), parte de la Academia China de Ciencias (CAS), en colaboración con el profesor Jiao Man de la Universidad de Zhejiang, utilizó un material sólido. . Sensores cuánticos de espín para sondear interacciones exóticas dependientes de la velocidad de espín (SSIVD) en rangos de fuerza cortos. Su estudio reporta nuevos resultados experimentales relacionados con las interacciones electrón-espín y ha sido publicado en la revista Cartas de revisión de materiales.

El modelo estándar es un marco teórico muy exitoso en física de partículas, que describe partículas fundamentales y cuatro interacciones fundamentales. Sin embargo, el Modelo Estándar todavía no puede explicar algunos hechos observacionales importantes en la cosmología actual, como la materia y la energía oscuras.

Algunas teorías sugieren que las nuevas partículas podrían actuar como dispositivos de difusión, transmitiendo nuevas interacciones entre las partículas del Modelo Estándar. En la actualidad, faltan investigaciones experimentales sobre nuevas interacciones entre ciclos relacionadas con la velocidad, especialmente en el rango relativamente pequeño de fuerza-distancia, donde la verificación experimental es casi inexistente.

Resultados experimentales del estudio. Fuente: Du et al.

Configuración y metodología experimentales.

Los investigadores diseñaron un dispositivo experimental equipado con dos diamantes. Se prepara una matriz de vacantes de nitrógeno (NV) de alta calidad en la superficie de cada diamante mediante deposición química de vapor. El espín del electrón en un grupo NV actúa como un sensor de espín, mientras que el otro actúa como una fuente de espín.

Los investigadores buscaron nuevos efectos de interacción entre los espines de los electrones dependientes de la velocidad en la escala micrométrica manipulando coherentemente los estados cuánticos de espín y las velocidades relativas de dos grupos de diamantes NV. En primer lugar, utilizaron un sensor de espín para caracterizar la interacción de un dipolo magnético con una fuente de espín como referencia. Luego, modulando la vibración de la fuente de espín y realizando detección de bloqueo y análisis de fase ortogonal, midieron los SSIVD.

Para dos nuevas reacciones, los investigadores realizaron la primera detección experimental en el rango de fuerza por debajo de 1 cm y por debajo de 1 km, respectivamente, y obtuvieron valiosos datos experimentales.

Como señala el editor: «Los resultados aportan nuevos conocimientos a la comunidad de sensores cuánticos para explorar interacciones fundamentales que explotan las características compactas, flexibles y sensibles del espín de estado sólido».

Referencia: “Nuevas restricciones sobre interacciones exóticas dependientes de la velocidad de espín con sensores cuánticos de estado sólido” por Yu Huang, Hang Liang, Man Jiao, Bai Yu, Xiangyu Yi, Yijin Xie, Yi-Fu Cai, Zhang-Kui Duan, Ya Wang, Xingrong y Jiangfeng Du, 30 de abril de 2024. Cartas de revisión de materiales.
doi: 10.1103/PhysRevLett.132.180801