我國科學家提出全新磁噪聲抑制技術

記者18日從中國科學技術大學獲悉，該校彭新華教授、江敏副教授團隊發現了混合原子自旋之間的法諾共振干涉效應，提出了全新的磁噪聲抑制技術，成功降低磁噪聲干擾至少2個數量級。相關研究成果日前發表于國際學術期刊《物理評論快報》。

超越粒子物理標準模型的奇異自旋相互作用，已引起精密測量領域的廣泛關注。其中，彭新華教授、江敏副教授團隊在2021年首次利用基于氙原子的自旋放大器，開展了暗物質的直接搜尋實驗，并首次突破宇宙天文學界限。然而，這些研究普遍面臨一個巨大的實驗挑戰：信號極其微弱，常被噪聲背景掩蓋，尤其是容易受到磁噪聲及其他與磁場相關的系統性效應的干擾。

為了克服這些挑戰，原子共磁力計提供了一個重要的解決方案，它利用兩種不同的自旋來減小磁場漂移和波動的影響。然而，以往原子共磁力計僅對低頻磁噪聲有效，嚴重阻礙了在廣闊的未探索參數空間中對奇異自旋相互作用的實驗搜尋。

針對上述難題，研究團隊發展了基于法諾共振干涉相消的磁噪聲抑制方法，并在氣態氦和鉀原子混合體系中進行了實驗驗證。在該體系中，被激光極化的鉀原子作為氣態氦原子核自旋的極化和讀出手段，通過自旋交換碰撞實現對氦原子核自旋的極化。研究人員在實驗中發現，通過改變施加的偏置磁場大小，同時相應調整探測方向與外界特定頻率磁噪聲之間的夾角，可以實現對更高頻率磁噪聲的有效抑制，并從法諾共振干涉相消這個新的角度為實驗現象提供了完整而精確的理論解釋。研究人員利用上述磁噪聲自補償效應，在實驗上展示了從近直流到高達200赫茲范圍內對磁噪聲的抑制，且抑制倍數均在2個量級以上。

研究人員表示，在磁探測靈敏度受磁噪聲限制的情形下，利用該磁噪聲自補償效應有望將贗磁場探測靈敏度提升1個量級。這項技術將用于基礎物理研究中的暗物質探測、奇異自旋相互作用的探測等領域，具有重要的科學意義和應用前景。