Pesquisadores chineses usaram sensores quânticos de spin de estado sólido para investigar novas interações relacionadas à velocidade entre os spins dos elétrons, fornecendo dados valiosos e novos insights sobre a física fundamental. Direitos autorais: SciTechDaily.com
Os pesquisadores usaram sensores quânticos para explorar novas interações de partículas em distâncias microscópicas, fornecendo resultados inovadores que expandem o escopo do Modelo Padrão em física.
Uma equipe de pesquisa liderada pelo Acadêmico Du Jiangfeng e pelo Professor Rong Xing da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC), parte da Academia Chinesa de Ciências (CAS), em colaboração com o Professor Jiao Man da Universidade de Zhejiang, usou um material sólido . Sensores quânticos de spin para sondar interações exóticas dependentes da velocidade de spin (SSIVDs) em faixas de força curtas. Seu estudo relata novos resultados experimentais relacionados às interações elétron-spin e foi publicado na revista Cartas de revisão física.
O Modelo Padrão é uma estrutura teórica de grande sucesso em física de partículas, que descreve partículas fundamentais e quatro interações fundamentais. No entanto, o Modelo Padrão ainda não consegue explicar alguns fatos observacionais importantes na cosmologia atual, como a matéria escura e a energia escura.
Algumas teorias sugerem que as novas partículas poderiam atuar como difusores, proporcionando novas interações entre as partículas do Modelo Padrão. Atualmente, faltam pesquisas experimentais sobre novas interações entre ciclos relacionadas à velocidade, especialmente na faixa relativamente pequena de força-distância, onde a verificação experimental é quase inexistente.
Resultados experimentais do estudo. Fonte: Du et al.
Configuração experimental e metodologia
Os pesquisadores projetaram um dispositivo experimental equipado com dois diamantes. Uma matriz de vacâncias de nitrogênio de alta qualidade foi preparada na superfície de cada diamante usando deposição química de vapor. O spin do elétron em um grupo da vacância de nitrogênio atua como um sensor de spin, enquanto o outro atua como uma fonte de spin.
Os pesquisadores procuraram novos efeitos de interação entre os spins de elétrons dependentes da velocidade na escala micrométrica, manipulando de forma coerente os estados quânticos de spin e as velocidades relativas de dois aglomerados de diamante NV. Primeiro, eles usaram um sensor de spin para caracterizar a interação de um dipolo magnético com uma fonte de spin como referência. Em seguida, modulando a vibração da fonte de spin e realizando detecção de travamento e análise de fase ortogonal, eles mediram os SSIVDs.
Para duas novas reações, os pesquisadores fizeram a primeira detecção experimental na faixa de força abaixo de 1 cm e abaixo de 1 km, respectivamente, e obtiveram dados experimentais valiosos.
Como observou o editor, “os resultados fornecem novos insights para a comunidade de detecção quântica para explorar interações fundamentais, explorando os recursos compactos, flexíveis e sensíveis à rotação do estado sólido”.
Referência: “Novas restrições em interações exóticas dependentes da velocidade de spin com sensores quânticos 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 e Jiangfeng Du, 30 de abril de 2024, Cartas de revisão física.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.180801
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