Novos experimentos de velocidade de rotação poderiam reescrever livros de física

Os pesquisadores usaram sensores quânticos para explorar novas interações moleculares em distâncias muito pequenas, 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 estado sólido girar sensores quânticos para examinar interações exóticas dependentes de rotação e velocidade (SSIVDs) em faixas de força curtas. O estudo deles relatou novos resultados experimentais relacionados às interações entre os spins dos elétrons e foi publicado em Cartas de revisão física.

O Modelo Padrão é uma estrutura teórica de muito 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. Crédito: Du et al.

Configuração experimental e metodologia

Os pesquisadores projetaram uma configuração experimental equipada com dois diamantes. Uma matriz de vacância de nitrogênio (NV) de alta qualidade é preparada na superfície de cada diamante usando deposição química de vapor. O spin do elétron em um grupo NV atua como um sensor de spin, enquanto o outro atua como uma fonte de spin.

Os pesquisadores procuraram novos efeitos de interação entre o spin dos elétrons dependente da velocidade na escala micrométrica, manipulando coerentemente 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 inferior a 1 cm e inferior a 1 km, respectivamente, e obtiveram dados experimentais valiosos.

Como observa o editor, “os resultados trazem novos insights para a comunidade de sensores quânticos para explorar interações fundamentais que exploram os recursos compactos, flexíveis e sensíveis do spin 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 de materiais.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.180801