尋找粒子物理標準模型之外的新粒子，對物理新探索非常重要。記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校杜江峰院士團隊近期成功研制出用于搜尋 “類(lèi)軸子粒子”的單電子自旋量子傳感器，將搜尋的力程拓展到亞微米尺度。國際權威學(xué)術(shù)期刊《自然　通訊》日前發(fā)表了該成果。

　　新粒子的發(fā)現，可用于填補當前粒子物理學(xué)、天體物理和宇宙學(xué)等方面的理論缺陷，例如粒子質(zhì)量等級問(wèn)題、強CP疑難、正反物質(zhì)不對稱(chēng)性以及暗物質(zhì)和暗能量的物理本質(zhì)。

　　近年來(lái)，國際學(xué)界發(fā)展了一系列精巧的實(shí)驗裝置，在20微米以上的力程范圍內開(kāi)展了電子與核子相互作用的搜尋。但要在更短的力程范圍內開(kāi)展實(shí)驗研究，則面臨一系列挑戰：如何構筑一個(gè)尺寸足夠小的傳感器？如何設計傳感器的幾何形狀從而允許電子和核子充分接近？如何提升傳感器的靈敏度，從而給出有意義的限定？如何有效隔離好環(huán)境噪聲，尤其是不可避免的電磁噪聲？

　　近期，杜江峰領(lǐng)導的中科院微觀(guān)磁共振重點(diǎn)實(shí)驗室團隊與中科大天文學(xué)系、國家同步輻射實(shí)驗室科研人員合作，提出并實(shí)現了一種全新的探測方法，即將金剛石近表面NV色心的電子自旋，用作傳感器來(lái)搜尋小于20微米范圍的電子與核子相互作用。他們制備了離金剛石表面10納米以?xún)鹊腘V色心作為探測器，開(kāi)發(fā)了相應的電子學(xué)設備和量子控制方法，解決了上述制約短力程探索的系列難題。實(shí)驗表明，新傳感器可以探索的力程范圍是0.1微米到23微米，為電子?核子相互作用的探索提供了新的觀(guān)測約束。

　　據介紹，這一新方法也可以推廣到其它自旋相關(guān)的新相互作用的研究，從而為利用單自旋量子傳感器來(lái)研究超出標準模型的新物理提供了可能性，有望激發(fā)宇宙學(xué)、天體物理和高能物理等多個(gè)科學(xué)領(lǐng)域的廣泛興趣?！蹲匀弧⊥ㄓ崱穼徃迦烁叨仍u價(jià)該工作，認為這種新穎的實(shí)驗方法，為直接探測較大質(zhì)量的類(lèi)軸子開(kāi)辟了實(shí)驗窗口。