Une équipe de recherche développe un comagnétomètre atomique qui supprime le bruit de deux ordres de grandeur

Une équipe de recherche a découvert l’effet d’interférence de résonance Fano entre des spins atomiques mixtes. Ils ont proposé une nouvelle technique de suppression du bruit magnétique, réduisant l’interférence du bruit magnétique d’au moins deux ordres de grandeur. L’étude a été publiée dans Lettres d’examen physiqueL’équipe était dirigée par le professeur Peng Xinhua et le professeur associé Jiang Min de l’Université des sciences et technologies de Chine (USTC) de l’Académie chinoise des sciences (CAS).

Au cours des dernières décennies, les interactions de spin exotiques au-delà du modèle standard de la physique des particules ont suscité une attention considérable dans le domaine des mesures de précision. Ces interactions de spin exotiques couvrent de nombreux domaines de pointe, tels que la recherche d’interactions spin-matière noire, la cinquième force, etc. Dans ces expériences de précision, les interactions exotiques sont équivalentes à des champs magnétiques agissant sur les spins, et les techniques de mesure de champs magnétiques extrêmement faibles fournissent un nouveau moyen de tester ces signaux de champs magnétiques faibles.

Cependant, les signaux de champ magnétique dans ces études sont extrêmement faibles et souvent masqués par des bruits de fond, particulièrement sensibles aux interférences telles que le bruit magnétique. Bien que les comagnétomètres atomiques puissent utiliser deux spins différents pour réduire les effets de la dérive et des fluctuations du champ magnétique, les comagnétomètres atomiques précédents n’étaient efficaces que pour le bruit magnétique basse fréquence (moins de 1 Hz), ce qui entrave gravement la recherche expérimentale d’interactions de spin exotiques dans un vaste espace de paramètres inexploré.

L’équipe de recherche a développé une méthode de suppression du bruit magnétique basée sur les effets d’autocompensation du bruit magnétique et l’a vérifiée expérimentalement dans un système mixte de potassium (K) et ³Il gaz. Dans ce système, K polarisé par des lasers a servi de moyen de polarisation et de lecture pour le spin nucléaire de ³Lui, obtenant leur polarisation grâce à des collisions d’échange de spin.

Dans les expériences précédentes, le champ magnétique de polarisation était généralement réglé pour être d’une amplitude égale mais d’une direction opposée au champ équivalent produit par les atomes d’hélium. Le spin nucléaire de l’hélium pouvait suivre de manière adiabatique le bruit magnétique externe à basse fréquence, obtenant ainsi des effets de suppression. Les chercheurs ont découvert qu’en modifiant l’amplitude du champ de polarisation, une suppression efficace du bruit magnétique à haute fréquence peut être obtenue en ajustant l’angle entre la direction de détection et le bruit magnétique externe à fréquence spécifique.

De plus, cette approche a fourni une explication théorique complète et précise du phénomène expérimental à partir d’une nouvelle perspective d’annulation des interférences de résonance Fabry-Perot. Les chercheurs ont démontré la suppression du bruit magnétique depuis un courant quasi continu jusqu’à 200 Hz en utilisant l’effet d’autocompensation du bruit magnétique, avec des multiples de suppression dépassant tous deux ordres de grandeur.

Ces travaux ont également montré que, si la sensibilité de la détection magnétique était limitée, l’utilisation de cet effet d’autocompensation du bruit magnétique devrait améliorer la sensibilité aux champs pseudomagnétiques d’un ordre de grandeur. En d’autres termes, il a atteint un niveau de 0,1 fT/Hz^1/2 sur une gamme de fréquences plus large. L’étude bénéficiera à des domaines tels que la détection de matière noire et les interactions de spin exotiques dans la recherche en physique fondamentale.