粒子物理规范模型是20世纪物理学树立的最巨大的模型之一。但是，虽然规范模型获得了巨大的成功，但许多物理现象如暗物质、暗能量、中微子振动、正反物质不对称性等无法被很好解说。

  我国科学技能大学我国科学院微观磁共振要点试验室彭新华教授、江敏副研讨员等在量子精细丈量和查验逾越规范模型范畴获得重要开展，运用自主研发的量子自旋扩大技能完成了对一类逾越规范模型的宇称破缺相互作用的超活络查验，试验成果提高世界纪录至少5个数量级，弥补了现有天文学观测的空白。

  相关研讨成果于1月6日以“Search for exotic parity-violation interactions with quantum spin amplifiers”为题在线发表于世界学术期刊《Science Advances》上[Sci. Adv. 9, eade0353 (2023)]。

  粒子物理规范模型是20世纪物理学树立的最巨大的模型之一。但是，虽然规范模型获得了巨大的成功，但许多物理现象如暗物质、暗能量、中微子振动、正反物质不对称性等无法被很好解说。为此，许多理论预言了或许存在逾越规范模型的新轻玻色子，如轴子、暗光子、Z玻色子等，其可当作暗物质的候选粒子，弥补现有的规范模型理论。这些新粒子的能量或许跨度几十个量级的规模。关于低能区的新粒子 (远小于1eV)，愈加凸显出粒子的波动性，它们的德布罗意波长乃至要比现在的大型对撞机还要大，因而不适于运用粒子对撞器与加速器等高能设备进行研讨。量子传感器如原子磁力仪、原子钟弥补了高能设备对这类超轻暗物质候选粒子的勘探空白，但因这些新粒子与规范模型内粒子的相互作用非常弱小，亟需一种高活络度的量子传感器对规范模型外的新物理进行研讨。

  彭新华教授研讨组运用近期开展的量子自旋扩大器技能(图1A)[Nat. Phys. 17, 1402–1407 (2021)]，完成了对待测磁信号2个数量级的扩大(图1B)，并将其应用于逾越规范模型的新粒子与新相互作用的查找，在世界上提出了“蓝宝石”研讨方案，英文缩写SAHPPHIRE(SpinAmplifier for Particle PHysIcs REsearch)。该方案的第一批试验束缚了一种由Z玻色子诱导的自旋相互作用，如图1C所示，此类奇特相互作用是宇称不守恒的，其强度正比于自旋源内的电子自旋数量。因而本试验采用了两个原子气体室，一个运用惰性气体氙原子作为自旋传感器，一个运用碱金属铷原子作为自旋源。自旋源内的碱金属原子经过激光泵浦完成约1014的电子极化自旋数量，并由泵浦光接连极化，由此发生一个沟通的震动奇特场作用于量子自旋传感器上，并被进一步扩大和勘探。

  相较于其他应用于新物理查找的共振技能，量子自旋扩大器中的铷原子充任嵌入式磁强计，完成了惰性气体氙原子的接连极化和原位丈量。相比之下，原位丈量供给的一个明显优势是因为大费米触摸扩大因子而增强核共振信号。此外，因为氙核自旋经过与极化铷原子的自旋交流磕碰而接连极化，自旋扩大器可完成对奇特场的接连查找。因为这些共同的长处，自旋扩大器更适用于奇特相互作用的超活络接连波检测。正因如此，本试验对电子与中子之间的宇称破缺奇特相互作用的束缚较世界前沿试验边界提高了5个数量级(如图2A)，且对中子与质子之间的奇特相互作用进行了初次探究(如图2B)。不仅如此，SAPPHIRE方案仍有很大的功能提高空间，研讨人员提出运用K-3He自旋扩大器与固体自旋源，有望将对此类奇特相互作用的试验束缚边界逐渐提高8个量级。