[發明專利]檢驗第五種力V4+5

有效

• 申請號: 202111428326.0
• 申請日: 2021-11-29
• 公開（公告）號: CN113835049B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 周明媞;翟躍陽;韓邦成;陶潤夏;曹乾
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理事務所(普通合伙) 11435
• 代理人: 奚麗萍

1.一種檢驗第五種力的基于SERF原子磁場測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：將泵浦光路和檢測光路共線入射到原子磁強計表頭內的堿金屬原子池中，使得內部堿金屬原子處于SERF態；

S2：在原子磁強計附近放置晶體，利用步進電機控制晶體做旋轉運動，使得晶體內核自旋與堿金屬原子池內電子自旋之間產生相對運動；

S3：利用原子磁強計探測由于晶體內核自旋與堿金屬原子池內電子自旋之間相互作用產生的磁場信號，其中，堿金屬原子池內的電子自旋和晶體內核自旋之間存在的形式第五種力可表示為

；

其中，為相互作用強度系數，是極化粒子的自旋量子數，r是晶體內核自旋與堿金屬原子池內電子自旋之間的距離，為相互作用自由程，v是晶體和堿金屬原子池的相對運動速度，是普朗克常數，c是真空中光速；

這種新型相互作用會導致堿金屬原子池中的極化電子能級移動為

；

其中，是堿金屬原子的旋磁比，是第五力產生的等效磁場，是極化粒子的自旋量子數，是普朗克常數；

S4：通過對測量數據進行數據處理，將微弱的磁場信號從背景噪聲中提取出來，獲得形式第五種力產生的等效磁場，根據等效磁場對第五種力的相互作用強度系數隨著相互作用自由程的變化給出實驗測量精度限定范圍，從而檢驗第五種力。

2.如權利要求1所述的一種檢驗第五種力的基于SERF原子磁場測量方法，其特征在于：所述步驟S2中，所述晶體內核自旋與堿金屬原子池內電子自旋之間相互作用指的是，原子池內所有極化的堿金屬原子的電子自旋和晶體內所有核自旋的相互作用總和，晶體的旋轉運動速度保持恒定時，晶體內核自旋與堿金屬原子池內電子自旋之間相互作用力恒定，當晶體的旋轉運動速度周期變化時，第五種力引起的等效磁場也會周期性變化。

3.如權利要求1所述的一種檢驗第五種力的基于SERF原子磁場測量方法，其特征在于：堿金屬原子池內電子自旋的極化方向和泵浦光的方向一致，并且只考慮被極化的堿金屬原子參與相互作用。

4.一種檢驗第五種力的基于SERF原子磁場測量裝置，其特征在于：包括與光學平臺固定連接的原子磁強計模塊(11)，所述原子磁強計模塊(11)內固定設有激光器(14)，在所述激光器(14)發射的激光路徑上依次固定布置有準直透鏡(15)、線偏振器(16)、圓偏振器(17)、反射棱鏡(18)、原子池機械支撐件(19)和光電管(21)，所述原子池機械支撐件(19)內固定有堿金屬原子池(10)，所述原子磁強計模塊(11)內固定設有精細調節磁場線圈(23)，所述精細調節磁場線圈(23)外層固定設有磁場線圈(24)，所述原子磁強計模塊(11)上側設有與光學平臺固定連接的旋轉定位機構(30)，所述旋轉定位機構(30)控制設有可在垂直于泵浦光路的平面做旋轉運動的晶體(9)。

5.如權利要求4所述的一種檢驗第五種力的基于SERF原子磁場測量裝置，其特征在于：所述旋轉定位機構(30)包括伺服電機(1)，所述伺服電 機(1)控制設有塑料轉軸(7)，所述塑料轉軸(7)上垂直固定設有銅針(5)，所述銅針(5)附近安裝有光電開關(6)，所述塑料轉軸(7)遠離所述伺服電機(1)端通過塑料樣品臺(8)固定連接所述晶體(9)。

6.如權利要求5所述的一種檢驗第五種力的基于SERF原子磁場測量裝置，其特征在于：所述光學平臺上固定設有第一磁屏蔽罩(2)和第二磁屏蔽罩(3)，所述伺服電機(1)固定設在所述第一磁屏蔽罩(2)內，所述光電開關(6)與所述第一磁屏蔽罩(2)內壁固定連接，所述第二磁屏蔽罩(3)內固定設有鐵氧體(4)，所述塑料轉軸(7)貫穿所述鐵氧體(4)且可在鐵氧體(4)內轉動，所述原子磁強計模塊(11)通過塑料支撐件(12)固定連接在所述鐵氧體(4)內，并通過供電及信號傳輸線纜(13)與外部光學儀器連接，所述原子磁強計模塊(11)內設有第三磁屏蔽罩(22)包圍內部所有部件。

7.如權利要求5所述的一種檢驗第五種力的基于SERF原子磁場測量裝置，其特征在于：所述晶體(9)為非極化晶體，且材料本身不引入背景磁場噪聲，所述塑料轉軸(7)和塑料樣品臺(8)不引入背景磁場噪聲。