Los axiones y partículas similares a axiones aún por descubrir pueden ser la clave para explicar algunos de los enigmas más profundos de nuestro universo, como la materia oscura y la violación de la paridad de carga en interacciones fuertes. Varias teorías recientes han predicho que las masas de axiones probablemente se encuentran dentro de la "ventana de axiones" bien motivada (0,01 meV–1 meV). Sin embargo, las búsquedas de laboratorio existentes y la observación astrofísica buscan principalmente los axiones fuera de la ventana de axiones.

El equipo de investigación dirigido por el Prof. Peng Xinhua de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) de la Academia de Ciencias de China, en colaboración con el Prof. Dmitry Budker de la Institución Helmholtz en Mainz, utilizó un amplificador basado en espín desarrollado recientemente para restringir hipotéticos axiones dentro de la ventana de axiones, lo que proporciona una forma de explorar un espacio de parámetros prometedor. El estudio fue publicado en Physical Review Letters .

El intercambio de axiones entre fermiones da como resultado una exótica interacción dipolo-dipolo que puede detectarse mediante experimentos de laboratorio. En este trabajo, los investigadores utilizaron una gran colección de electrones de rubidio-87 polarizados y espines nucleares de xeon-129 polarizados como dos tipos de fermiones. Debido al intercambio de axiones, el rubidio podría generar la señal exótica en los giros nucleares de xeon, y luego los giros nucleares de xeon-129 polarizados se utilizan para buscar la señal de forma resonante.

En particular, los investigadores demostraron que los espines de xeon-129 de larga duración actúan como un preamplificador cuántico, que puede mejorar la señal exótica en un factor de más de 40. Usando esta técnica, proporcionaron las restricciones más estrictas en la relación neutrón-electrón. acoplamiento mediado por axiones para la masa de axiones de 0,03 meV a 1 meV dentro de la ventana de axiones.

Este trabajo proporciona una técnica cuántica sensible para realizar las búsquedas indirectas de axiones con un amplificador basado en espín desarrollado recientemente, que es una mejora sustancial en la sensibilidad en una región de masa teóricamente interesante para los axiones. El esquema de amplificador basado en espín, como una nueva implementación, amplía las capacidades de las mediciones de espín y se puede aplicar aún más para buscar de forma resonante partículas hipotéticas más allá del modelo estándar, como los nuevos fotones oscuros de espín-1. + Explora más

Un nuevo amplificador de espín acelera la búsqueda de materia oscura