研究團隊成功打造超強原子共磁力計，降噪驚人

一個研究團隊發現了混合原子自旋之間的法諾共振干涉效應。他們提出了一種新穎的磁噪聲抑制技術，使磁噪聲干擾至少降低了兩個數量級。該研究在《物理評論快報》上發表了。該團隊由中國科學院（CAS）中國科學技術大學（USTC）的彭新華教授和蔣敏副教授領導。

在過去的幾十年裡，超出粒子物理學標準模型的奇異自旋相互作用在精密測量領域受到了廣泛關注。這些奇異自旋相互作用涵蓋了許多前沿領域，如尋找自旋-暗物質粒子相互作用、第五種力等。在這些精密實驗中，奇異相互作用相當於作用於自旋的磁場，而極其微弱的磁場測量技術爲測試這類微弱磁場信號提供了新的手段。

然而，這些研究中的磁場信號極其微弱，常常被噪聲背景所掩蓋，尤其容易受到諸如磁噪聲之類的干擾。儘管原子共磁力計可以使用兩種不同的自旋來減少磁場漂移和波動的影響，但以前的原子共磁力計僅對低頻磁噪聲（小於 1Hz）有效，這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展開實驗探索。

研究團隊基於磁噪聲的自補償效應，開發出了一種磁噪聲抑制方法，並在鉀（K）和3He 氣體的混合系統中進行了實驗驗證。在這個系統中，被激光極化的 K 成爲了3He 核自旋極化和讀出的手段，通過自旋交換碰撞實現了它們的極化。

在之前的實驗中，偏置磁場通常被設置爲與 He 原子所產生的等效場大小相等，方向相反。He 的核自旋能夠絕熱地跟隨外部低頻磁噪聲，進而實現抑制效果。研究人員發現，在改變偏置場大小的時候，通過調整檢測方向與外部特定頻率磁噪聲之間的角度，能夠有效地抑制更高頻率的磁噪聲。

此外，這種方法從法布里 - 珀羅共振干涉相消的新視角爲實驗現象提供了完整且準確的理論解釋。研究人員已經證明，利用磁噪聲的自補償效應，近直流到高達 200Hz 的磁噪聲得以抑制，抑制倍數均超過兩個數量級。

這項工作進一步表明，倘若磁檢測的靈敏度有限，利用這種磁噪聲的自補償效應有望使對僞磁場的靈敏度提高一個數量級。換句話說，在更寬的頻率範圍內達到 0.1fT/Hz1/2 這一水平。該研究將有益於基礎物理研究中的暗物質探測和奇異自旋相互作用等領域。