自旋与质量相互作用的实验研究

论文摘要

长期以来,很多实验小组进行了与自旋有关的长程力的实验研究,探测这种新的相互作用对于探索粒子自旋对引力场的影响以及寻找自然界中可能存在的新的相互作用具有重要的意义。这些工作可以分成两类:一类是探测自旋与自旋之间的相互作用,另一类是探测自旋与质量之间的相互作用,后者同时也用来检验Lorentz 与CPT 破缺。精密扭秤已经成为一种探测新的相互作用的有效工具。本文利用扭秤进行了自旋-质量相互作用的实验检验。我们设计的自旋极化扭秤是一块外部加磁屏蔽材料的Sm2 Co1 7永久磁铁,自旋极化方向平行于某一直径方向。剩余自旋来自自旋极化质量和外部屏蔽材料,其等效自旋电子数约为1.512 ×1023。这种扭秤设计的优点是自旋电子数多,宏观检测效应大,但困难在于对自旋极化质量进行彻底的磁屏蔽。初步实验结果表明,当相互作用程λ→∞时,自旋-质量耦合常数g s g phc 的上限为1.4 ×10?31,相应的洛仑兹与CPT 破缺因子的上限在10 ?1 7eV水平。在实验过程中,为了减小环境磁场对实验的影响,我们设计了Helmholtz 线圈来补偿环境磁场,并利用Helmholtz 线圈对其它扭秤进行了调制实验。最后,我们对下一步工作如何提高实验精度进行了有意义的讨论,实验的改进工作正在进行,预期目标为10 ?2 0eV水平。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 扭秤实验与环境磁场
• 1.2 选题背景及研究内容
• 2 实验方案设计
• 2.1 自旋-自旋相互作用的实验方案设计
• 2.2 自旋-质量相互作用的方案设计
• 2.3 磁性材料选择
• 3 环境磁场的补偿与磁场对扭秤的调制
• 3.1 Helmholtz 线圈理论
• 3.2 地磁场的测量与补偿
• 3.3 一维H 线圈的设计与磁场测量
• 3.4 三维H 线圈的设计
• 3.5 Hust-99 容器内磁场的测量
• 3.6 磁场对扭秤的影响理论计算
• 3.7 磁场对特殊扭秤的调制实验
• 4 自旋与质量相互作用的初步实验
• 4.1 自旋极化质量
• 4.2 扭秤系统
• 4.3 背景磁场测量
• 4.4 光杠杆探测系统
• 4.5 初步实验结果
• 4.6 相关误差分析
• 4.7 总结与讨论
• 5 总 结
• 致 谢
• 参考文献
• 附录:硕士期间完成的论文