புதிய துகள்களைக் கட்டுப்படுத்த குவாண்டம் தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்துதல்

இன்னும் கண்டுபிடிக்கப்படாத அச்சுகள் மற்றும் அச்சு போன்ற துகள்கள் நமது பிரபஞ்சத்தின் சில ஆழமான புதிர்களான டார்க் மேட்டர் மற்றும் வலுவான தொடர்புகளில் சார்ஜ்-பாரிட்டி மீறல் போன்றவற்றை விளக்குவதற்கு முக்கியமாக இருக்கலாம். பல சமீபத்திய கோட்பாடுகள் அச்சுகளின் நிறைகள் நன்கு உந்துதல் பெற்ற “ஆக்ஷன் விண்டோ” (0.01 meV–1 meV)-க்குள் இருக்கலாம் என்று கணித்துள்ளன. இருப்பினும், தற்போதுள்ள ஆய்வகத் தேடல்கள் மற்றும் வானியற்பியல் அவதானிப்புகள் பெரும்பாலும் அச்சு சாளரத்திற்கு வெளியே உள்ள அச்சுகளைத் தேடுகின்றன.

சீன அறிவியல் அகாடமியின் சீன அறிவியல் மற்றும் தொழில்நுட்ப பல்கலைக்கழகத்தின் (USTC) பேராசிரியர். பெங் சின்ஹுவா தலைமையிலான ஆய்வுக் குழு, Mainz-இல் உள்ள ஹெல்ம்ஹோல்ட்ஸ் நிறுவனத்தைச் சேர்ந்த பேராசிரியர் டிமிட்ரி பட்கருடன் இணைந்து, சமீபத்தில் உருவாக்கப்பட்ட சுழல் அடிப்படையிலான பெருக்கியை அனுமானத்தைக் கட்டுப்படுத்த பயன்படுத்தியது. அச்சு சாளரத்தில் உள்ள அச்சுகள், நம்பிக்கைக்குரிய அளவுரு இடத்தை ஆராய்வதற்கான வழியை வழங்குகிறது. இந்த ஆய்வு இயற்பியல் மறுஆய்வு கடிதங்களில் வெளியிடப்பட்டது.

ஃபெர்மியன்களுக்கு இடையேயான அச்சுகளின் பரிமாற்றம் ஒரு கவர்ச்சியான இருமுனை-இருமுனை தொடர்புகளில் விளைகிறது, இது ஆய்வக சோதனைகள் மூலம் கண்டறியப்படலாம். இந்த வேலையில், ஆராய்ச்சியாளர்கள் துருவப்படுத்தப்பட்ட ரூபிடியம்-87 எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துருவப்படுத்தப்பட்ட ஜியான்-129 அணுசக்தி சுழல்களின் பெரிய தொகுப்பை இரண்டு வகையான ஃபெர்மியன்களாகப் பயன்படுத்தினர். அச்சுகளின் பரிமாற்றத்தின் காரணமாக, ரூபிடியம் ஜியோன் அணுக்கரு சுழல்களில் கவர்ச்சியான சமிக்ஞையை உருவாக்க முடியும், பின்னர் துருவப்படுத்தப்பட்ட xeon-129 அணுக்கரு சுழற்சிகள் சமிக்ஞையை எதிரொலிக்கப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

குறிப்பாக, நீண்ட காலம் வாழும் xeon-129 சுழற்சிகள் ஒரு குவாண்டம் கட்டுறா பெருக்கியாக செயல்படுவதாக ஆராய்ச்சியாளர்கள் காட்டினர், இது கவர்ச்சியான சிக்னலை 40 மடங்குக்கு மேல் அதிகரிக்கலாம். அத்தகைய நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி, அவர்கள் நியூட்ரான்-எலக்ட்ரான் மீது மிகக் கடுமையான கட்டுப்பாடுகளை வழங்கினர். 0.03 meV இலிருந்து 1 meV வரையிலான அச்சின் நிறைக்கான அச்சுகளால் மத்தியஸ்தம் செய்யப்பட்ட இணைப்பு பெறப்பட்டது.

சமீபத்தில் உருவாக்கப்பட்ட சுழல்-அடிப்படையிலான பெருக்கி மூலம் மறைமுக அச்சு தேடல்களை உணர இந்த வேலை ஒரு உணர்திறன் குவாண்டம் நுட்பத்தை வழங்குகிறது, இது கோட்பாட்டு ரீதியாக சுவாரஸ்யமான நிறை பகுதியில் அச்சுகளுக்கான உணர்திறனில் கணிசமான முன்னேற்றத்தை கொடுக்கிறது. சுழல்-அடிப்படையிலான பெருக்கி திட்டம், ஒரு புதிய செயலாக்கமாக, சுழல் அளவீடுகளின் திறன்களை விரிவுபடுத்துகிறது, மேலும் புதிய சுழல்-1 டார்க் ஃபோட்டான்கள் போன்ற நிலையான மாதிரிக்கு அப்பாற்பட்ட அனுமானத் துகள்களை எதிரொலிக்கும் வகையில் தேடுவதற்கு மேலும் பயன்படுத்தலாம்.

References:

• Berlin, A., Belomestnykh, S., Blas, D., Frolov, D., Brady, A. J., Braggio, C., & Zhuang, Q. (2022). Searches for new particles, dark matter, and gravitational waves with SRF cavities. arXiv preprint arXiv:2203.12714.
• Rong, X., Jiao, M., Geng, J., Zhang, B., Xie, T., Shi, F., & Du, J. (2018). Constraints on a spin-dependent exotic interaction between electrons with single electron spin quantum sensors. Physical Review Letters, 121(8), 080402.
• dos Santos Coelho, L. (2010). Gaussian quantum-behaved particle swarm optimization approaches for constrained engineering design problems. Expert Systems with Applications, 37(2), 1676-1683.
• Banks, A., Vincent, J., & Anyakoha, C. (2008). A review of particle swarm optimization. Part II: hybridisation, combinatorial, multicriteria and constrained optimization, and indicative applications. Natural Computing, 7(1), 109-124.
• Rong, X., Wang, M., Geng, J., Qin, X., Guo, M., Jiao, M., & Du, J. (2018). Searching for an exotic spin-dependent interaction with a single electron-spin quantum sensor. Nature communications, 9(1), 1-7.