实验发现中子在自旋朝上与朝下之间的重量差别小于十万亿亿分之二

本报讯　5月15日，中国科大盛东教授与卢征天教授的联合课题组利用高精度氙同位素共磁力仪寻找中子自旋与万有引力的耦合效应，实验发现中子在自旋朝上与朝下之间的重量差别小于十万亿亿分之二（<2×10-21），结果将该效应的耦合强度设定了新的上限。相关成果发表于《物理评论快报》。>

自然界有四种基本物理相互作用力，它们当中唯有引力还未在实验上发现与粒子自旋相关。假如自旋与引力耦合，那么处于不同自旋态的粒子在地球重力场中就会有极其微小的能量和受力差别。自上世纪70年代以来，研究人员发展出了多种经典或者量子测量方法来寻找自旋与重力的耦合现象，不断提高测量精度。同时，这类实验还检验引力作用中的基本时空对称性，寻找传播单极-偶极相互作用的类轴子粒子。　

课题组利用自主开发的原子器件和光谱测量技术，以及为抑制共磁力仪系统误差发展的精密测量手段，研制成兼顾高稳定性和高灵敏度的129Xe-131Xe-Rb共磁力仪。课题组将该共磁力仪作为一个量子罗盘来使用，通过对原子进动的测量，将系统的量子化轴方向对准地球自转轴，重合程度好于0.6度，从而大幅度降低了实验中由地球自转导致的系统误差。实验结果将中子的自旋-重力耦合强度上限压缩了17倍，同时也将上述其它各类基础物理效应的检验精度提高了一个数量级。

物理学院博士生张少博为论文第一作者，盛东教授和卢征天教授是共同通讯作者。

（工程科学学院　物理学院　微尺度国家研究中心）