科学家提出新方法来寻找与物理标准模型的偏差

在寻找自然界中新的粒子和力的过程中，物理学家正在寻找原子和分子内的行为，而这些行为是经过验证的粒子物理学标准模型所禁止的。与这个模型的任何偏差都可能表明物理学家亲切地称之为“新物理学”。

加州理工学院物理学助理教授尼克·赫兹勒和他的团队正在寻找特定类型的偏差，这将有助于解开宇宙中为何存在如此多物质的谜团。大约140亿年前，当我们的宇宙诞生时，物质及其伙伴反物质被认为是同等存在的。

通常情况下，物质和反物质会相互抵消，但不同类型的粒子之间存在某种不对称性，导致物质战胜反物质。赫兹勒的团队使用桌面实验来寻找对称性破坏——导致我们以物质为主的宇宙不平衡的异常粒子行为。

现在，在《物理评论快报》上报道，由加州理工学院物理学博士后研究员张驰领导的团队已经找到了一种利用纠缠来改进研究的方法，纠缠是量子物理学中的一种现象，通过纠缠，两个即使不直接接触，远程粒子也可以保持连接。该研究的标题是“使用无退相干子空间的分子对称性破坏的量子增强计量学”。

在这种情况下，研究人员开发了一种纠缠分子阵列的新方法，该方法可作为测量对称性破坏的探针。通过使分子缠结，阵列对可能干扰实验的背景噪声变得不那么敏感，并且对所需信号更加敏感。

“这就像将一群橡皮鸭固定在一起，”赫兹勒说。“如果你想测量鸭子在浴缸上的运动，如果你把它们连接在一起，它们对溅水的背景噪音就不那么敏感。而且它们会对你可能想要测量的东西更敏感，比如水流的流量。一股潮流，因为他们都会集体对此做出反应。”

“我们希望对分子的结构敏感，”张说。“实验装置中不受控制的电场和磁场妨碍了我们的测量，但现在我们有了一种新的协议，可以使分子纠缠在一起，从而降低它们对噪声的敏感度。”

更具体地说，这种新方法可用于寻找电子中响应分子内电场而可能发生的微小倾斜。“轻微的旋转表明电子或核自旋正在与电场相互作用，而根据标准模型，这是被禁止的，”赫茨勒说。

“其他使用纠缠的方法通常会增加对噪声的敏感性，”他补充道。“Chi找到了一种减少噪音的方法，同时仍然让我们从纠缠中获得灵敏度增益。”

最近发表在《科学》杂志上的另一项实验研究由哈佛大学的赫茨勒和约翰·多伊尔领导，表明此类研究中使用的多原子分子具有其他独特的能力来屏蔽电磁噪声，尽管没有因纠缠而提高灵敏度。

在这项研究中，研究人员表明他们可以调整分子对外部场的敏感性，并且实际上使敏感性消失，从而使分子在很大程度上不受噪音影响。

赫兹勒说：“利用纠缠的优势，研究人员可以推动这些实验探索新物理学中越来越奇特的领域。”