研究团队成功打造超强原子共磁力计，降噪惊人

一个研究团队发现了混合原子自旋之间的法诺共振干涉效应。他们提出了一种新颖的磁噪声抑制技术，使磁噪声干扰至少降低了两个数量级。该研究在《物理评论快报》上发表了。该团队由中国科学院（CAS）中国科学技术大学（USTC）的彭新华教授和蒋敏副教授领导。

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受到了广泛关注。这些奇异自旋相互作用涵盖了许多前沿领域，如寻找自旋-暗物质粒子相互作用、第五种力等。在这些精密实验中，奇异相互作用相当于作用于自旋的磁场，而极其微弱的磁场测量技术为测试这类微弱磁场信号提供了新的手段。

然而，这些研究中的磁场信号极其微弱，常常被噪声背景所掩盖，尤其容易受到诸如磁噪声之类的干扰。尽管原子共磁力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，但以前的原子共磁力计仅对低频磁噪声（小于 1Hz）有效，这严重阻碍了在广阔的未探索参数空间中对奇异自旋相互作用展开实验探索。

研究团队基于磁噪声的自补偿效应，开发出了一种磁噪声抑制方法，并在钾（K）和3He 气体的混合系统中进行了实验验证。在这个系统中，被激光极化的 K 成为了3He 核自旋极化和读出的手段，通过自旋交换碰撞实现了它们的极化。

在之前的实验中，偏置磁场通常被设置为与 He 原子所产生的等效场大小相等，方向相反。He 的核自旋能够绝热地跟随外部低频磁噪声，进而实现抑制效果。研究人员发现，在改变偏置场大小的时候，通过调整检测方向与外部特定频率磁噪声之间的角度，能够有效地抑制更高频率的磁噪声。

此外，这种方法从法布里 - 珀罗共振干涉相消的新视角为实验现象提供了完整且准确的理论解释。研究人员已经证明，利用磁噪声的自补偿效应，近直流到高达 200Hz 的磁噪声得以抑制，抑制倍数均超过两个数量级。

这项工作进一步表明，倘若磁检测的灵敏度有限，利用这种磁噪声的自补偿效应有望使对伪磁场的灵敏度提高一个数量级。换句话说，在更宽的频率范围内达到 0.1fT/Hz1/2 这一水平。该研究将有益于基础物理研究中的暗物质探测和奇异自旋相互作用等领域。