研究方向
用共磁力仪寻找轴子类暗物质
在寻找标准模型之外新物理的实验中,一个重要的研究对象是寻找轴子的存在。单极-偶极耦合作用,或者也称作自旋-质量耦合预示了一个重要的作用长度尺度,就是“轴子窗口”,在这个尺度上轴子可以作为相互作用的传播子使得物质场发生相互作用。轴子的提出是为了解释量子色动力学的CP守恒问题,目前被认为是暗物质的热门候选者之一。
实验使用共磁力仪寻找轴子。我们将两种气态自旋放在同一个空间中,探测它们在磁场和轴子场下能量的变化。因为气态自旋在空间内分布均匀,所以可以认为它们感受到的磁场相同,于是通过测量频率的比值可以消除磁场的影响,获得气态自旋与轴子场耦合的信号。
我们选择两种氙同位素129Xe和131Xe作为共磁力仪的工作物质。氙原子的电子总自旋为零,我们测量的是氙原子核自旋的进动频率。由于核外电子的屏蔽效应,原子核自旋受外界干扰的影响小,相干时间长,具有电子自旋无可比拟的稳定性和灵敏性。实验通过碱金属原子与氙核自旋的自旋交换碰撞将核自旋极化,并令其在外磁场中进动。最后,我们将用一块BGO晶体靠近原子池,测量和氙同位素的拉莫进动频率比是否发生变化,从而实现实验目标。