11月20日,《物理評論快報》(《Physical Review Letters》)刊發了我院引力中心的周敏康教授、胡忠坤教授團隊利用原子干涉儀探測新相互作用的成果“Constraint on an exotic parity-odd spin- and velocity-dependent interaction with atom interferometer”,博士生舒玉彪為第一作者(我院2018屆本科畢業生),曹魯帥副教授為論文做出了重要貢獻,周敏康教授、胡忠坤教授為通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金委、科技部重點研發計劃項目以及精密重力測量國家重大科技基礎設施的大力支持。
粒子物理的標準模型理論取得了巨大成功,但是仍然存在暗物質暗能量以及CP破缺等物理謎團。為此,科學家們提出一系列拓展標準模型的理論方案,并預示著自然界可能存在新的相互作用以及傳遞相互作用的新粒子,例如自旋-速度相關的奇異相互作用等。設計高精度實驗來探尋這些新相互作用具有重要意義,高精度原子干涉儀為此類研究提供了新途徑。
本工作提出了高精度布拉格原子干涉儀探測自旋-速度相關相互作用的新方案。團隊采用激光冷卻后的87Rb原子作為物質波源,構建高精度布拉格原子干涉儀,研制出對自旋-速度相關的相互作用敏感的傳感器。本工作巧妙的利用喻家山與地球作為非極化源,進一步將該類型新相互作用的檢驗尺度推進到5-100 m的區間,并且該方案不依賴于電子和質子不能同時具有該類相互作用的假設。
本工作首次采用原子干涉法測量出了質子與核子之間自旋-速度相關的新相互作用強度的上限值。團隊在精密重力測量國家重大科技基礎設施山洞實驗室中建立了高精度布拉格原子干涉實驗平臺,測量出質子與核子之間自旋-速度奇異相互作用強度的新上限,劃定了當前該類相互作用在5-100 m作用區間的最強限制,在特征長度λ=10m處將已有檢驗精度提升了多個數量級。此項工作拓寬了冷原子干涉在基礎物理研究中的應用領域,為自旋-速度相互作用實驗檢驗提供了新思路與新方法。
原子干涉儀檢驗新相互作用示意圖