研究团队开发出将噪声抑制两个数量级的原子共磁计

磁噪声自补偿实验示意图。碱金属和惰性气体原子最初沿 z 轴极化。沿 x 探测碱自旋。自旋交换耦合导致碱自旋产生的有效场。惰性气体对磁噪声的响应会干扰通过有效场的碱金属响应。当这种干扰具有破坏性时，磁噪声会进行自我补偿。LP，线性偏振器;λ/4， 四分之一波片;PEM，光弹性调制剂。来源：物理评论快报 （2024）。

一个研究小组发现了混合原子自旋之间的 Fano 共振干涉效应。他们提出了一种新颖的磁噪声抑制技术，将磁噪声干扰降低了至少两个数量级。该研究发表在《物理评论快报》上。该团队由中国科学院 （CAS） 中国科学技术大学 （USTC） 的彭新华教授和江敏副教授领导

在过去的几十年里，超出粒子物理学标准模型的奇异自旋相互作用在精密测量领域引起了广泛关注。这些奇异的自旋相互作用涵盖了许多前沿领域，例如寻找自旋-暗物质粒子相互作用、第五力等。在这些精密实验中，奇异相互作用相当于作用在自旋上的磁场，极弱的磁场测量技术为测试这种微弱的磁场信号提供了一种新方法。

然而，这些研究中的磁场信号非常微弱，并且经常被噪声背景所掩盖，特别容易受到磁噪声等干扰。尽管原子共磁计可以使用两种不同的自旋来减少磁场漂移和波动的影响，但以前的原子共磁计仅对低频磁噪声（小于 1Hz）有效，这严重阻碍了在广阔的未探索参数空间中寻找奇异自旋相互作用的实验。

研究团队开发了一种基于磁噪声自补偿效应的磁噪声抑制方法，并在钾 （K） 和3He 气体。在这个系统中，由激光偏振的 K 用作偏振和读出核自旋的手段3他，通过自旋交换碰撞实现它们的极化。

在以前的实验中，偏置磁场通常设置为大小相等，但方向与 He 原子产生的等效场相反。He 的核自旋可以绝热地跟随外部低频磁噪声，从而达到抑制效果。研究人员发现，在改变偏置场的大小的同时，通过调整检测方向与外部特定频率磁噪声之间的角度，可以实现对高频磁噪声的有效抑制。

此外，该方法从法布里-珀罗共振干扰抵消的新角度为实验现象提供了完整、准确的理论解释。研究人员已经证明，利用磁噪声的自补偿效应可以抑制从近直流电到 200Hz 的磁噪声，抑制倍数都超过两个数量级。

这项工作进一步表明，如果磁探测的灵敏度有限，利用磁噪声的这种自补偿效应有望将对伪磁场的灵敏度提高一个数量级。换句话说，它达到了 0.1fT/Hz 的水平1/2在更宽的频率范围内。这项研究将使基础物理学研究中的暗物质探测和奇异自旋相互作用等领域受益。