Nuovi esperimenti per misurare la velocità di rotazione potrebbero riscrivere i libri di testo di fisica

I ricercatori hanno utilizzato sensori quantistici per esplorare nuove interazioni molecolari su distanze molto piccole, fornendo risultati rivoluzionari che ampliano la portata del Modello Standard in fisica.

Un gruppo di ricerca guidato dall’accademico Du Jiangfeng e dal professor Rong Xing dell’Università di Scienza e Tecnologia della Cina (USTC), parte dell’Accademia cinese delle scienze (CAS), in collaborazione con il professor Jiao Man dell’Università di Zhejiang, ha utilizzato materiali allo stato solido sensori quantistici rotanti per esaminare le interazioni esotiche dipendenti dalla rotazione e dalla velocità (SSIVD) in intervalli di forza brevi. Il loro studio ha riportato nuovi risultati sperimentali relativi alle interazioni tra gli spin degli elettroni ed è stato pubblicato nel Lettere di revisione fisica.

Il Modello Standard è un quadro teorico di grande successo nella fisica delle particelle, che descrive le particelle fondamentali e quattro interazioni fondamentali. Tuttavia, il Modello Standard non è ancora in grado di spiegare alcuni importanti fatti osservativi nella cosmologia attuale, come la materia oscura e l’energia oscura.

Alcune teorie suggeriscono che le nuove particelle potrebbero agire come dispositivi di diffusione, trasmettendo nuove interazioni tra le particelle del Modello Standard. Al momento, c’è una mancanza di ricerca sperimentale sulle nuove interazioni tra cicli legate alla velocità, specialmente nell’intervallo forza-distanza relativamente piccolo, dove la verifica sperimentale è quasi inesistente.

Risultati sperimentali dello studio. Credito: Du et al.

Configurazione e metodologia sperimentale

I ricercatori hanno progettato un apparato sperimentale dotato di due diamanti. Sulla superficie di ciascun diamante viene preparato un array di posti vacanti di azoto (NV) di alta qualità utilizzando la deposizione chimica da vapore. Lo spin degli elettroni in un gruppo NV agisce come un sensore di spin, mentre l’altro agisce come una sorgente di spin.

I ricercatori hanno cercato nuovi effetti di interazione tra gli spin degli elettroni dipendenti dalla velocità su scala micrometrica manipolando in modo coerente gli stati quantistici di spin e le velocità relative di due cluster NV di diamanti. Innanzitutto, hanno utilizzato un sensore di spin per caratterizzare l’interazione di un dipolo magnetico con una sorgente di spin come riferimento. Successivamente, modulando la vibrazione della sorgente di spin ed eseguendo il rilevamento del bloccaggio e l’analisi della fase ortogonale, hanno misurato gli SSIVD.

Per due nuove reazioni, i ricercatori hanno effettuato il primo rilevamento sperimentale nell’intervallo di forza rispettivamente inferiore a 1 cm e inferiore a 1 km, ottenendo preziosi dati sperimentali.

Come osserva l’editore, “I risultati apportano nuove intuizioni alla comunità del rilevamento quantistico per esplorare le interazioni fondamentali che sfruttano le caratteristiche compatte, flessibili e sensibili dello spin dello stato solido”.

Riferimento: “Nuovi vincoli sulle interazioni esotiche dipendenti dalla velocità di spin con sensori quantistici a stato solido” di 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 aprile 2024, Lettere di revisione del materiale.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.180801