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申请/专利权人：之江实验室

摘要：本发明公开了一种光泵原子磁强计检验第五种力的方法和装置，包括以下步骤：S1：入射泵浦光，极化K原子，利用原子和K原子的自旋交换碰撞来极化原子自旋磁矩；S2：利用一对亥姆霍兹线圈在原子池中心及其附近区域抵消磁场，制造出接近零磁场的区域，并在接近原子池中心施加一对补偿磁场线圈用来补偿亥姆霍兹线圈产生的磁场梯度和补偿其余的背景磁场噪声；本发明使用的原子池中的原子中的极化原子核自旋对核自旋相关的形式的第五种力是敏感的，因此K‑联合原子磁强计既可以作为量子精密测量传感器测量第五种力产生的等效磁场，又可以作为提供高密度极化核子的自旋源，简化了实验的复杂度。

主权项：1.一种光泵原子磁强计检验第五种力的方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：入射泵浦光，极化K原子，利用原子和K原子的自旋交换碰撞来极化原子自旋磁矩；S2：利用一对亥姆霍兹线圈在原子池中心及其附近区域抵消磁场，制造出接近零磁场的区域，并在接近原子池中心施加一对补偿磁场线圈用来补偿亥姆霍兹线圈产生的磁场梯度和补偿其余的背景磁场噪声；S3：在靠近原子池附近放置高核自旋密度的BGO晶体，利用步进电机控制原子池内3He原子的核自旋和BGO晶体内核自旋之间产生相对运动；S4：在垂直于入射泵浦光传播方向施加一对射频线圈，控制其射频频率等于原子的拉莫尔频率，从而发生光磁共振效应，通过扫描外加射频场的频率，并探测透过原子池的光强信号，得到光强信号的变化曲线，光强信号吸收峰处为拉莫尔进动的频率；S5：控制BGO晶体和极化原子之间的距离发生改变，得到等效磁场引起的频率差，通过长时间的测量得到大量统计数据，经过数据处理将微弱的磁场信号从背景噪声中提取出来，得到第五种力引起的等效磁场，从而检测核验证第五种力；所述步骤S3中，原子的核自旋和BGO晶体内核自旋之间的相对运动是匀速运动，且相对运动方向和核自旋的极化方向保持平行，原子的核自旋和BGO晶体内核自旋之间的相互作用力随着距离指数衰减，所述原子的核自旋和BGO晶体内核自旋之间的相互作用力指的是，BGO晶体内所有核自旋和原子池内所有原子核自旋的相互作用力总和，其中原子的核自旋和BGO晶体内核自旋之间存在的形式第五种力表示为 其中，为耦合强度系数，为普朗克常数，mp为相互作用粒子的质量，为相互作用自由程，为极化粒子的自旋量子数，r为BGO晶体内核自旋和原子的核自旋之间的距离；所述步骤S5中，BGO晶体和极化气体之间的距离改变时，第五种力这种新型相互作用产生的等效磁场会产生频率的移动，其频率差可表示为 其中，为耦合强度系数，为普朗克常数，N为极化粒子核自旋密度，为相互作用自由程，mp是相互作用粒子的质量，L0为BGO晶体的厚度，z是BGO内核自旋和原子内核自旋之间的距离。

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