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《中国科大探索万有引力对粒子自旋的作用》

  • 来源专题：量子信息科技
  • 编译者： 于杰平
  • 发布时间：2023-10-12

  •  2023年5月15日，中国科学技术大学盛东教授与卢征天教授的联合课题组利用高精度氙同位素共磁力仪寻找中子自旋与万有引力的耦合效应，实验发现中子在自旋朝上与朝下之间的重量差别小于十万亿亿分之二（<2×10-21），结果将该效应的耦合强度设定了新的上限。

           论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.201401

      《物理》杂志报道链接：https://physics.aps.org/articles/v16/80


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相关报告

  • 《美国物理实验室找到新的粒子了吗？》
    • 来源专题：大气污染防治
    • 编译者：APC
    • 发布时间：2018-06-27
    • 结果基于15年的MiniBooNE数据粒子物理领域最近经历了一些深刻的探索。 2012年在大型强子对撞机（LHC）检测到希格斯玻色子粒子时，发生了欢乐。 但从那时起，LHC预计将会出现的物理学方面的重大新发现未能实现。 因此，有报道称美国费米实验室的MiniBooNE实验可能会发现新粒子的暗示。 具体而言，这些数据可能暗示以前未被发现的中微子形式，称为“不育中微子”。 中微子是被称为标准模型（SM）的粒子“动物园”中最吸引人的居民之一。 SM是解释我们周围世界如何工作的最成功的理论，但它有局限性，因为它不能解释诸如暗物质或重力等现象。 中微子与其他基本粒子的相互作用很弱，导致它们被昵称为“鬼粒子”。他们还有能力在三种不同的形式或口味之间“摆动” - 翻转或切换身份。这些是电子中微子，μ子中微子和τ中微子。 图片版权Fermilab图片标题Fermilab是芝加哥附近的一个2700公顷的场地，是美国首屈一指的粒子物理实验室。第四种味道，即不育中微子，之前已经提出，但从未被实验检测到。 现有的三种中微子会通过弱力（宇宙四大基本力量之一）和重力与物质相互作用。 然而，不育中微子主要与重力相互作用。然而，用仪器探测的一定程度上必须与其他（活性）中微子风味混合。 “如果不育中微子与活性中微子完全脱离，他们将无法看到，”曼彻斯特大学粒子物理小组负责人StefanSöldner-Rembold教授说。 不育中微子非常重要，因为它代表了标准模型之外的新物理学，并且必须在宇宙的形成中发挥作用，这可能会影响我们的宇宙学模型。 事实上，加拿大多伦多约克大学的天体物理学家Ray Jayawardhana教授说，“人们首先提出不育中微子的原因之一是他们可能会解释宇宙中的暗物质，因为你会看到引力影响力，但他们不会以任何其他方式互动。“ Image版权所有AHEP MiniBooNE可以检测位于伊利诺伊州Fermilab的矿物油球罐中电子中微子与原子核相互作用的痕迹。 中微子本身是通过在由铍制成的靶上发射质子而产生的。这些μ子中微子然后到地下探测器。在途中，有些人可能会转向电子中微子形式。 从事MiniBooNE项目的科学家已经发布了15年的数据，显示出比标准模型预计的更多的电子中微子。 研究结果出现在Arxiv预印服务器上的一篇论文中，并将于周五在德国海德堡举行的Neutrino 2018会议上发布。 这篇论文的意义在于，一些μ子中微子在向电子中微子再次转换身份之前正在翻转成不育的中微子。 研究人员在MiniBooNE上以4.8西格玛（5西格玛是声称发现的常见阈值）的置信度来看待这一点。与美国液体闪烁体中微子探测器（LSND）实验超过20年前的类似结果相结合时，其意义超过六西格玛。 Söldner-Rembold教授表示，大多数物理学家期望额外的新中微子是非常重的粒子。但是这个 - 如果它确实存在 - 会相对较轻。 但是，不育中微子解释存在潜在的问题：来自其他中微子实验的结果，例如IceCube和Minos，没有证据表明这种粒子。此外，其他科学小组后来未能复制LSND实验的结果。 图片版权Felipe Pedreros，IceCube / NSFImage caption其他中微子实验，如IceCube（如图）在南极，没有看到不育中微子的证据更多证据来自宇宙微波背景 - 宇宙大爆炸的“余辉” - 作为由普朗克航天器测量。 2016年由Söldner-Rembold教授和曼彻斯特大学的其他科学家撰写的一项研究证实，不需要无菌中微子来描述CMB测量值。 此外，MiniBooNE论文的作者可能低估了“背景”。这是指数据中与物理学家寻找的信号无关的其他事件 - 换言之，误报。 称为π介子的粒子的中性形式可衰变为光子
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  • 《美国国家标准与技术研究院（NIST）研究团队探索一种可能用作量子计算机内存的不寻常粒子》
    • 编译者：李晓萌
    • 发布时间：2025-03-26
    • 近日，研究人员已经证明，一种名为“任意子”的奇特量子粒子不仅存在于二维空间，还可以在一维空间中被创造出来。这种粒子的交换统计性质既不符合玻色子也不符合费米子的规则，而是表现出独特的分数统计特性。进一步探索不同类型的一维任意子，可能会使科学家们更接近于将这些粒子作为量子计算机的基本存储单元。 哈佛大学的科学家Joyce Kwan和Markus Greiner领导的研究团队，联合美国国家标准与技术研究院（NIST）的理论物理学家Alexey Gorshkov，于2024年11月29日在《Science》期刊上发表了这一发现（DOI: 10.1126/science.adi3252）。该团队利用光晶格中的超冷原子，通过密度依赖的皮尔斯相位工程，成功实现了一维任意子，并观察到了其独特的量子行为。 任意子的存在早在四十年前就被预言，但直到2020年才被实验发现，它们是量子粒子中的“异类”。尽管所有基本粒子都属于两大类——玻色子和费米子，但任意子的行为却不符合这两类粒子的任何一种分类。 费米子包括电子、质子和中子，它们遵循一条统计规则：如果两个相同的费米子交换位置，描述它们的波函数会发生反转，即旋转180度，波的波峰变为波谷，波谷变为波峰。这也意味着两个相同的费米子不能同时占据同一个量子态。 相比之下，包括光子在内的玻色子遵循另一条规则。当两个相同的玻色子交换位置时，它们的波函数不会发生旋转，保持原样不变。这使得玻色子可以聚集在一起，占据相同的量子态。 然而，任意子却不遵循这两类粒子的任何一种规则。当两个任意子交换位置时，它们的波函数相位会发生分数级的旋转，而旋转的角度则取决于任意子的类型。在二维空间中，这种奇特的行为以一种既奇特又重要的方式表现出来：当一个任意子围绕另一个任意子完整地转一圈时，它的波函数会保留这种运动的“记忆”。科学家们正在探索如何利用这种“记忆”来为量子计算机服务。 当哈佛大学的研究人员Kwan、Greiner及其同事们开始研究任意子时，他们部分是受到Gorshkov及其合作者在2018年发表的一篇期刊文章的启发，尝试在一维空间中产生任意子。该文章描述了一个关键测试，用以判断被限制在一维空间中的某些粒子是否能被视为任意子。 在Gorshkov参与分析的实验中，科学家们将铷-87原子冷却，并将它们困在一个光学晶格中——这是一个由激光干涉产生的光强起伏的阵列，包含光强的峰和谷。铷原子倾向于停留在这些谷中。 像所有原子一样，被困的铷原子最初表现得像玻色子，而不是任意子。然而，当研究人员操纵这些原子，通过打开磁场并改变激光的强度和频率，促使它们从一个谷跳到下一个谷时，原子表现出了不同的行为。在这些条件下，研究团队发现，当两个铷原子交换位置时，它们的波函数会以分数级旋转——这是任意子的典型特征。 Kwan表示，团队发现的这种一维任意子无法用于量子计算的存储。但其他研究人员正在发现一些线索，表明其他类型的一维任意子可能具有与二维任意子类似的性质，可用于量子存储。
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