清華大學在自旋相關奇異力精密探測研究中取得進展

近日，清華大學物理系劉永椿副教授及合作者提出新的實驗設計方案，給出了自旋相關奇異力耦合係數新的限制。該實驗使用兩組特殊設計的純鐵包被的衫鈷磁鐵為產生自旋相關奇異力的自旋源，該自旋源有極高的電子自旋密度和極弱的漏磁。自旋相關奇異力的探測可用高靈敏度原子磁力計實現。當自旋源被直流電機驅動旋轉起來的時候，假如自旋相關奇異力存在，自旋源與原子磁力計內自旋的耦合可以產生極弱的自旋-自旋-速度相關相互作用，可類似為一種等效磁場。通過設計兩組敏感軸反向平行的原子磁力計，可以實現對共模雜訊信號的有效差分抑制，同時對自旋相關奇異力的等效磁場保持靈敏性。<br />
利用電機驅動自旋源周期性順時針和逆時針旋轉，從而實現待測信號的有效調製，可避免直流雜訊的影響。通過分析多組實驗數據的信號，能夠有效去除各種雜訊來源帶來的虛假信號。通過對長時間測量數據的統計分析，目前並未找到第五種力的信號，但實驗結果為電子-質子自旋-速度相關的第五種力的耦合係數給出了新的限制。由於所設計的實驗方案具有極高的自旋密度、極高的磁場測量靈敏度和能量解析度，且能有效抑制共模雜訊，在厘米到千米力程尺度上，該實驗得到的耦合係數限制比使用其他方法得到的限制