論文の概要: Proposal for the search for new spin interactions at the micrometer
scale using diamond quantum sensors
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.14882v1
- Date: Thu, 30 Dec 2021 01:47:57 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-02 21:24:17.831833
- Title: Proposal for the search for new spin interactions at the micrometer
scale using diamond quantum sensors
- Title（参考訳）: ダイヤモンド量子センサを用いた微小スケールでの新しいスピン相互作用探索の提案
- Authors: P.-H. Chu, N. Ristoff, J. Smits, N. Jackson, Y. J. Kim, I. Savukov, V.
M. Acosta
- Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素-原子価(NV)中心に基づく量子センサーは、マイクロメートルスケールでのスピン相互作用を探索するための有望なプラットフォームとして登場した。
我々はNV電子スピンと移動質量の間のいくつかの仮説的相互作用を探索する実験を提案する。
各相互作用について、感度を推定し、最適実験条件を特定し、潜在的な系統的誤りを分析する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: For decades, searches for exotic spin interactions have used
increasingly-precise laboratory measurements to test various theoretical models
of particle physics. However, most searches have focused on interaction length
scales greater than 1 mm, corresponding to hypothetical boson masses less than
0.2 meV. Recently, quantum sensors based on Nitrogen-Vacancy (NV) centers in
diamond have emerged as a promising platform to probe spin interactions at the
micrometer scale, opening the door to explore new physics at this length scale.
Here, we propose experiments to search for several hypothetical interactions
between NV electron spins and moving masses. We focus on potential interactions
involving the coupling of NV spin ensembles to both spin-polarized and
unpolarized masses attached to vibrating mechanical oscillators. For each
interaction, we estimate the sensitivity, identify optimal experimental
conditions, and analyze potential systematic errors. Using multi-pulse quantum
sensing protocols with NV spin ensembles to improve sensitivity, we project new
constraints that are ~5 orders-of-magnitude improvement over previous
constraints at the micrometer scale. We also identify a spin-polarized test
mass, based on hyperpolarized 13C nuclear spins in a thin diamond membrane,
which offers a favorable combination of high spin density and low stray
magnetic fields. Our analysis is timely in light of a recent preprint
(arXiv:2010.15667) reporting a surprising non-zero result of micrometer-scale
spin-velocity interactions.
- Abstract（参考訳）: 何十年もの間、エキゾチックなスピン相互作用の探索は、粒子物理学の様々な理論モデルをテストするために、より精密な実験室の測定を用いてきた。
しかし、ほとんどの探索は、0.2mV未満の仮説ボソン質量に対応する1mm以上の相互作用長スケールに焦点を当てている。
近年、ダイヤモンド中の窒素-原子空洞(NV)中心に基づく量子センサーが、マイクロメートルスケールでスピン相互作用を探索し、この長さスケールで新しい物理学を探求するための扉を開いた。
本稿では,nv電子スピンと移動質量との仮定的相互作用を探索する実験を提案する。
nvスピンアンサンブルとスピン偏極質量と非偏極質量との結合と振動機械振動子との相互作用に注目した。
各インタラクションについて,感度を推定し,最適な実験条件を特定し,潜在的な系統的誤りを分析した。
マルチパルス量子センシングプロトコルとnvスピンアンサンブルを用いて感度を向上させることにより,従来のマイクロメートルスケールでの制約よりも5桁程度の精度向上が期待できる新しい制約を提示する。
また,超偏極13c核スピンに基づくスピン偏極試験質量を薄膜中で同定し,高スピン密度と低成層磁場を好適に組み合わせた。
最近のプレプリント(arxiv:2010.15667)では、マイクロメートルスケールのスピン速度相互作用の驚くべき非ゼロ結果が報告されている。
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