Eksperimen kecepatan putaran baru dapat menulis ulang buku teks fisika

Para peneliti telah menggunakan sensor kuantum untuk mengeksplorasi interaksi partikel baru pada jarak mikroskopis, memberikan hasil inovatif yang memperluas cakupan Model Standar dalam fisika.

Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Akademisi Du Jiangfeng dan Profesor Rong Xing dari Universitas Sains dan Teknologi Tiongkok (USTC), bagian dari Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok (CAS), bekerja sama dengan Profesor Jiao Man dari Universitas Zhejiang, menggunakan benda padat memutar sensor kuantum untuk memeriksa interaksi eksotik yang bergantung pada kecepatan rotasi (SSIVD) dalam rentang daya pendek. Studi mereka melaporkan hasil eksperimen baru terkait interaksi antara putaran elektron dan dipublikasikan di Surat ulasan fisik.

Model Standar adalah kerangka teori yang sangat sukses dalam fisika partikel, yang menjelaskan partikel fundamental dan empat interaksi fundamental. Namun Model Standar masih belum bisa menjelaskan beberapa fakta pengamatan penting dalam kosmologi saat ini, seperti materi gelap dan energi gelap.

Beberapa teori menyatakan bahwa partikel baru dapat bertindak sebagai perangkat difusi, mentransmisikan interaksi baru antar partikel Model Standar. Saat ini, terdapat kekurangan penelitian eksperimental mengenai interaksi baru yang berhubungan dengan kecepatan antar siklus, terutama dalam rentang gaya-jarak yang relatif kecil, di mana verifikasi eksperimental hampir tidak ada.

Hasil percobaan penelitian. Kredit: Du dkk.

Pengaturan dan metodologi eksperimental

Para peneliti merancang pengaturan eksperimental yang dilengkapi dengan dua berlian. Susunan kekosongan nitrogen (NV) berkualitas tinggi disiapkan pada permukaan setiap berlian menggunakan deposisi uap kimia. Putaran elektron dalam satu kelompok NV bertindak sebagai sensor putaran, sedangkan kelompok lainnya bertindak sebagai sumber putaran.

Para peneliti mencari efek interaksi baru antara putaran elektron yang bergantung pada kecepatan pada skala mikrometer dengan memanipulasi keadaan kuantum putaran dan kecepatan relatif dua kluster berlian NV secara koheren. Pertama, mereka menggunakan sensor putaran untuk mengkarakterisasi interaksi dipol magnet dengan sumber putaran sebagai referensi. Selanjutnya, dengan memodulasi getaran sumber putaran dan melakukan deteksi penguncian serta analisis fase ortogonal, mereka mengukur SSIVD.

Untuk dua reaksi baru, para peneliti melakukan deteksi eksperimental pertama dalam rentang gaya masing-masing kurang dari 1 cm dan kurang dari 1 km, dan memperoleh data eksperimen yang berharga.

Seperti yang dicatat oleh editor, “Hasilnya memberikan wawasan baru bagi komunitas penginderaan kuantum untuk mengeksplorasi interaksi mendasar yang memanfaatkan fitur putaran benda padat yang kompak, fleksibel, dan sensitif.”

Referensi: “Batasan baru pada interaksi eksotik yang bergantung pada kecepatan putaran dengan sensor kuantum solid-state” oleh Yu Huang, Hang Liang, Man Jiao, Bai Yu, Xiangyu Yi, Yijin Xie, Yi-Fu Cai, Zhang-Kui Duan, Ya Wang, Xingrong, dan Jiangfeng Du, 30 April 2024, Surat ulasan materi.
doi: 10.1103/PhysRevLett.132.180801