近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院教授盛東與物理學(xué)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(jìn)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(tuán)隊(duì)借助氙同位素共磁力儀，進(jìn)一步探索超越標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理，對核子與中子間的單極-偶極相互作用強(qiáng)度在亞毫米尺度上設(shè)定了新上限。相關(guān)成果發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)。

圖片來自《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)

原子共磁力儀是一種既可以用來研究基礎(chǔ)物理，又具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的原子器件。它通過同時(shí)同地測量兩種原子的自旋進(jìn)動(dòng)信號(hào)，來消除磁場波動(dòng)和漂移的影響，從而精確測量器件本身的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以共磁力儀也是一種小型陀螺儀。

當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)在實(shí)驗(yàn)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(jiǎng)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(yù)言存在的一種亞原子粒子。

為了實(shí)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(shù)，并對131Xe（Xe為化學(xué)元素氙）的進(jìn)動(dòng)頻譜提出了新的理論分析方法。同時(shí)，還發(fā)展了極化調(diào)制手段，以有效抑制極化堿金屬原子對核自旋進(jìn)動(dòng)的影響。

基于前述技術(shù)，課題組此次利用兩個(gè)月測量數(shù)據(jù)，在0.11至0.55毫米的作用程范圍里（對應(yīng)的傳播子質(zhì)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(qiáng)度設(shè)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(shí)驗(yàn)精度比此前結(jié)果提高了30倍。