利用功能化悬臂梁力传感器在微米尺度搜寻奇异自旋-自旋相互作用的提案

依赖于自旋的奇异相互作用可通过交换假想玻色子产生，这些玻色子被引入以解决物理学中的一些谜题。许多精密实验已执行以搜寻此类相互作用，但尚未有确证观测。在此，我们提出新实验以搜寻可由轴子或 Z$^\prime$ 玻色子介导的奇异自旋-自旋相互作用。采用灵敏的功能化悬臂梁作为力传感器，测量周期性磁源结构中自旋极化电子与集成在悬臂梁上的闭环磁结构之间的相互作用。数据采集期间令源振荡，以将奇异力信号调制到振荡频率的高次谐波上。这有助于抑制信号频率处的杂散信号。为探测不同相互作用设计了不同磁源结构。为 Z$^\prime$ 介导的相互作用设计了磁条结构，其对轴子介导相互作用的探测不敏感。这使我们能在假设两者均存在时测量两者的耦合常数。借助低温下可实现的力灵敏度，所提实验有望搜寻比当前从微米到毫米范围严苛限制小得多的耦合常数参数空间。具体而言，在 $10\, \mu$m 相互作用距离处，Z$^\prime$ 介导相互作用参数空间的下界将比严苛限制低七个数量级，轴子介导相互作用则低一个数量级。