我国科学家提出全新磁噪声抑制技术

记者18日从中国科学技术大学获悉，该校彭新华教授、江敏副教授团队发现了混合原子自旋之间的法诺共振干涉效应，提出了全新的磁噪声抑制技术，成功降低磁噪声干扰至少2个数量级。相关研究成果日前发表于国际学术期刊《物理评论快报》。

超越粒子物理标准模型的奇异自旋相互作用，已引起精密测量领域的广泛关注。其中，彭新华教授、江敏副教授团队在2021年首次利用基于氙原子的自旋放大器，开展了暗物质的直接搜寻实验，并首次突破宇宙天文学界限。然而，这些研究普遍面临一个巨大的实验挑战：信号极其微弱，常被噪声背景掩盖，尤其是容易受到磁噪声及其他与磁场相关的系统性效应的干扰。

为了克服这些挑战，原子共磁力计提供了一个重要的解决方案，它利用两种不同的自旋来减小磁场漂移和波动的影响。然而，以往原子共磁力计仅对低频磁噪声有效，严重阻碍了在广阔的未探索参数空间中对奇异自旋相互作用的实验搜寻。

针对上述难题，研究团队发展了基于法诺共振干涉相消的磁噪声抑制方法，并在气态氦和钾原子混合体系中进行了实验验证。在该体系中，被激光极化的钾原子作为气态氦原子核自旋的极化和读出手段，通过自旋交换碰撞实现对氦原子核自旋的极化。研究人员在实验中发现，通过改变施加的偏置磁场大小，同时相应调整探测方向与外界特定频率磁噪声之间的夹角，可以实现对更高频率磁噪声的有效抑制，并从法诺共振干涉相消这个新的角度为实验现象提供了完整而精确的理论解释。研究人员利用上述磁噪声自补偿效应，在实验上展示了从近直流到高达200赫兹范围内对磁噪声的抑制，且抑制倍数均在2个量级以上。

研究人员表示，在磁探测灵敏度受磁噪声限制的情形下，利用该磁噪声自补偿效应有望将赝磁场探测灵敏度提升1个量级。这项技术将用于基础物理研究中的暗物质探测、奇异自旋相互作用的探测等领域，具有重要的科学意义和应用前景。