寻找粒子物理标准模型之外的新粒子，对于探索新物理至关重要。记者2月23日从中科大获悉，该校杜江峰院士领导的中科院微观磁共振重点实验室提出并实现了用于搜寻类轴子的单电子自旋量子传感器，将搜寻的力程拓展到亚微米尺度。该成果发表在2月21日的著名期刊《自然・通讯》上。
在寻找新粒子诸多解决方案中，一类简单有效的理论假设是引入一类超轻质量的轴子或类轴子粒子，人们猜测这类新粒子或许在电子与核子的相互作用中扮演着新的传递媒介。近年来，科学家发展了一系列精巧的实验装置，在20微米以上的力程范围内开展了电子与核子相互作用的搜寻。然而，在更短的力程范围内开展实验研究，面临尺寸不够小、灵敏度待提升等一系列挑战。
杜江峰团队将金刚石近表面氮-空位(NV)色心的电子自旋用作传感器，来搜寻小于20微米范围的电子与核子相互作用。团队制备了离金刚石表面10纳米以内的NV色心作为探测器，开发了相应的电子学设备和量子控制方法，一举解决了上述制约短力程探索的系列难题。实验表明，新传感器可以探索的力程范围是0.1微米到23微米。这一新方法可以推广到其他自旋相关的新相互作用的研究，从而为利用单自旋量子传感器来研究超出标准模型的新物理提供了可能性，有望激发宇宙学、天体物理和高能物理等多个基础科学的广泛兴趣。
