在新的暗物质搜索中使用宇宙最冷的物质

时间：2021-09-24 15:52:18 来源：

玻色-爱因斯坦凝聚电磁仪，由两个相同的空间波函数中包含的87Rb的不同原子内部状态形成。

科学家已经能够观察到宇宙并确定其质量的大约80％是“暗物质”，该暗物质施加了引力，但不与光相互作用，因此无法用望远镜看到。我们目前对宇宙学和核物理学的理解表明，暗物质可以由轴，具有不寻常对称特性的假想粒子组成。

在ICFO Morgan W.Mitchell的ICREA教授的带领下，ICFO研究人员Pau Gomez，Ferran Martin，Chiara Mazzinghi，Daniel Benedicto Orenes和Silvana Palacios在《 Physical Review Letters》上发表的一篇新文章中，并作为编辑的建议予以强调。使用Bose-Einstein冷凝物（BEC）的独特特性来搜索轴。

如果存在的话，轴将暗示“异乎寻常的自旋相关力”。磁场是最著名的自旋相关力，它使电子沿着磁场指向其自旋，就像指向北的罗盘针一样。磁性由虚拟光子承载，而“外来”自旋相关的力将由虚拟轴（或类似轴的粒子）承载。这些力将作用在电子和原子核上，不仅会由磁体产生，还会由普通物质产生。要知道轴是否确实存在，一种好方法是查看并查看原子核是否倾向于指向其他物质。

已经有几项实验在使用“ comagnetometers”来寻找这些力，“ coagnetometers”是在同一位置配对的磁传感器。通过比较两个传感器的信号，可以抵消普通磁场的影响，而只剩下新力的影响。到目前为止，电磁计只能寻找达到大约一米或更大的自旋相关力。为了寻找短程自旋相关力，需要一个较小的电磁仪。

玻色爱因斯坦冷凝物（BEC）是几乎冷却到绝对零的气体。由于BEC是超流体，因此它们的组成原子可以自由旋转几秒钟而没有任何摩擦，这使它们对磁场和新的外来势力特别敏感。BEC也非常小，大约10微米。然而，制造BEC磁力计需要解决一个棘手的问题：如何将两个BEC磁力计放在相同的小体积内。

Gomez和他的同事在研究中报告说，他们能够通过使用同一87Rb BEC的两个不同内部状态来解决此问题，每个内部状态充当一个单独但位于同一位置的磁力计。实验的结果证实了所预测的对普通磁场的高抗扰性，并且能够寻找比以前的实验短得多的范围的外来力。除了寻找轴心外，该技术还可以提高超冷碰撞物理学的精度测量和BEC中量子相关性的研究。

参考：保罗·戈麦斯，费兰·马丁，基亚拉·马辛吉，丹尼尔·本尼迪克特·奥雷涅斯，西尔瓦娜·帕拉西奥斯和摩根·米切尔撰写的“玻色-爱因斯坦凝结磁力计”，2020年4月29日，《物理评论快报》。
10.1103 / PhysRevLett.124.170401

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