Nog te ontdekken axions en axion-achtige deeltjes kunnen de sleutel zijn tot het verklaren van enkele van de diepste puzzels van ons universum, zoals donkere materie en schending van de ladingspariteit bij sterke interacties. Verschillende recente theorieën hebben voorspeld dat de massa's van axionen waarschijnlijk binnen het goed gemotiveerde "axion-venster" (0,01 meV-1 meV) liggen. Bestaande laboratoriumonderzoeken en astrofysische observaties zoeken echter meestal naar de axionen buiten het axionvenster.

Het onderzoeksteam onder leiding van Prof. Peng Xinhua van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China (USTC) van de Chinese Academie van Wetenschappen, in samenwerking met Prof. Dmitry Budker van het Helmholtz Instituut in Mainz, gebruikte een recent ontwikkelde spin-gebaseerde versterker om hypothetische axions binnen het axion-venster, wat een manier biedt om veelbelovende parameterruimte te verkennen. Het onderzoek is gepubliceerd in Physical Review Letters .

De uitwisseling van axionen tussen fermionen resulteert in een exotische dipool-dipool interactie die door laboratoriumexperimenten kan worden gedetecteerd. In dit werk gebruikten de onderzoekers een grote verzameling gepolariseerde rubidium-87-elektronen en gepolariseerde xeon-129-kernspins als twee soorten fermionen. Door de uitwisseling van axionen kan het rubidium het exotische signaal op de xeon-kernspins genereren, en vervolgens worden de gepolariseerde xeon-129-kernspins gebruikt om resonant naar het signaal te zoeken.

De onderzoekers toonden met name aan dat de langlevende xeon-129-spins fungeren als een kwantumvoorversterker, die het exotische signaal met een factor van meer dan 40 kan versterken. Met behulp van een dergelijke techniek zorgden ze voor de strengste beperkingen op neutronen-elektronen koppeling gemedieerd door axionen voor de axionmassa van 0,03 meV tot 1 meV binnen het axionvenster.

Dit werk biedt een gevoelige kwantumtechniek om de indirecte axion-zoekopdrachten te realiseren met een recent ontwikkelde spin-gebaseerde versterker, wat een substantiële verbetering is in gevoeligheid in een theoretisch interessant massagebied voor axionen. Het op spin gebaseerde versterkerschema, als een nieuwe implementatie, breidt de mogelijkheden van spinmetingen uit en kan verder worden toegepast om resonant te zoeken naar hypothetische deeltjes buiten het standaardmodel, zoals nieuwe spin-1 donkere fotonen. + Verder verkennen

Nieuwe spinversterker versnelt zoektocht naar donkere materie