利用金刚石量子传感器在微米尺度搜寻新自旋相互作用的提案

数十年来，对奇异自旋相互作用的搜寻一直使用日益精密的实验室测量来检验粒子物理的各种理论模型。然而，大多数搜寻聚焦于大于1 mm的相互作用长度尺度，对应于小于0.2 meV的假想玻色子质量。最近，基于金刚石中氮空位（NV）中心的量子传感器已成为探测微米尺度自旋相互作用的有前景平台，为探索该长度尺度下的新物理打开了大门。在此，我们提出实验以搜寻NV电子自旋与运动质量之间若干假想相互作用。我们聚焦于涉及NV自旋系综与附着在振动机械振子上的自旋极化及非极化质量耦合的潜在相互作用。对于每种相互作用，我们估算灵敏度、确定最优实验条件并分析潜在系统误差。利用NV自旋系综的多脉冲量子传感协议来提高灵敏度，我们预期新的限制比先前微米尺度的限制改善约5个数量级。我们还确定了基于薄金刚石膜中超极化13C核自旋的自旋极化测试质量，其提供了高自旋密度和低杂散磁场的良好组合。鉴于最近一篇预印本（arXiv:2010.15667）报道了微米尺度自旋-速度相互作用的惊人非零结果，我们的分析正逢其时。