彭新华

中国迷信技能年夜学中国迷信院宏观磁共振重点试验室彭新华、江敏及其共事，与丹麦波尔研究所陈一帆等，应邀正在国际物理学出名综述期刊《物理进展讲演》（Reports on Progress in Physics）上颁发题为“基于自旋传感器的新自旋彼此作用研究”（Searches for exotic spin-dependent interactions with spin sensors）的长篇综述论文[Rep. Prog. Phys. 88 016401 (2025)]。该论文体系论述了没有同自旋系统的前沿量子紧密丈量技能，并具体论述了此类量子技能正在征采超出尺度模子的自旋彼此作用方面的研究进展以及将来成长标的目的。粒子物理学的尺度模子可以或许胜利诠释原子与亚原籽粒子的举动，取患了显著成绩。然而，它依然无奈解决一些谜团，例如暗物资的本色以及强电荷-宇称（CP）问题。经由过程引入一种称为QCD（量子色能源学）轴子的赝标量新粒子，为这些难题供给了一种可能的解决方案。除了了QCD轴子外，包括分外维度的基本实践（如弦实践）还预测了各类超轻玻色子的存正在。这些包含赝标量（如轴子以及类轴子）以及自旋为1的粒子（如暗光子）。

中国迷信技能年夜学中国迷信院宏观磁共振重点试验室彭新华传授、江敏副传授等正在轴子暗物资探测方面取患上重要进展。他们哄骗量子紧密丈量技能正在“轴子窗口”（10 ueV-1 meV）内胜利开展了轴子暗物资的间接征采试验，将国际上的探测边界晋升了至多50倍。这一重要研究结果于11月4日以“New Constraints on Axion-Mediated Spin Interactions Using Magnetic Amplification”为题颁发于国际闻名学术期刊《Physical Review Letters》上[Phys. Rev. Lett. 133, 191801 (2024)]，并当选为“编纂保举（Editors’ Suggestion）”文章。同时，美国物理学会的Physics Viewpoint栏目颁发了由印第安纳年夜学伯明顿分校的Michael Snow传授撰写的专文评述 “Searching for Axions in Polarized Gas”。粒子物理尺度模子自半个世纪前确立以来，已正在粒子加快器试验中禁受住了有数次的查验。然而，粒子物理尺度模子所形容的粒子以及相

中国迷信技能年夜学中国迷信院宏观磁共振重点试验室彭新华研究组以及华中科技年夜学吕新友传授互助，正在Rabi模子多临界征象的量子摹拟研究中取患了重要进展。该研究经由过程成长开放量子系统的稳态量子调控技能，初次胜利地正在核磁共振量子摹拟器上验证了关闭以及耗散Rabi模子中的量子多临界征象，鞭策了开放系统量子相变和非均衡稳态量子摹拟范畴的成长。相干研究结果于10月23日以“Experimental Quantum Simulation of Multicriticality in Closed and Open Rabi Model”为题正在线颁发于国际学术期刊《物理评论快报》上[Phys. Rev. Lett. 133, 173602(2024)]。多临界征象普遍存正在于经典物理世界中，例如热力学中的三相点就是指物资的三相（气相、液相、固相）到达热力学均衡共存时的多临界点。正在量子相变实践中，三相点则被界说为一阶量子相变以及二阶量子相变的交汇点。量子多临界征象中蕴含侧重要的量子相变机理，同时也为量子器量以及量子资料范畴供给了富厚的量子资本。正在形容光以及原子彼此作用的Dicke模子或Rabi模子中，当自力转变

中国迷信技能年夜学中国迷信院宏观磁共振重点试验室彭新华传授、江敏副传授团队正在量子紧密丈量方面取患了重要进展，胜利制备出具备协同效应的原子核自旋，使核自旋相关时间延伸到9分钟，并观测到协同自旋对极弱磁场的量子缩小征象。进一步，提出了协同量子紧密丈量新技能，磁场丈量的活络度冲破了碱金属原子的尺度量子极限。相干研究结果以“Cooperative spin amplifier for enhanced quantum sensing”为题颁发于国际闻名学术期刊《物理评论快报》[Phys. Rev. Lett. 133, 133202 (2024)]。美国物理学会网站Physics Synopsis栏目以“Gases Team Up for Enhanced Coherence”为题对该研究结果举行了走光报导。量子体系的相关性关于量子技能的成长相当重要。关于量子紧密丈量技能而言，更长的相关时间凡是象征着更高的丈量机能，例如更高的磁力计活络度以及原子钟精度。然而，部分噪声以及磁场没有匀称性等倒霉要素会粉碎量子体系的相关性，限定其相关时间。是以，怎样加强量子体系的相关时间不断是一个具备应战性的迷信问

中国迷信技能年夜学中国迷信院宏观磁共振重点试验室彭新华研究组以及喷鼻港中文年夜学刘仁保研究组互助，正在开放量子多系统统时序联系关系的高精度丈量方面取患了重要进展，哄骗可控物理历程合成的量子通道，提出了一种抉择性地丈量开放量子多系统统中肆意类型时序联系关系的实践方案，并初次正在核自旋系统中胜利探测了四阶量子时序联系关系。相干研究结果于2024年5月16日以“Selective Detection of Dynamics-Complete Set of Correlations via Quantum Channels”为题正在线颁发于国际学术期刊《物理评论快报》上[Phys. Rev. Lett. 132, 200802 (2024)]。物理量之间的联系关系关于多系统统的懂得和量子技能的成长相当重要。为了周全形容一个物理体系的能源学，需求体系中一切的时序联系关系信息，即一套能源学完整的时序联系关系调集。关于量子多系统统而言，物理量（算符）的非对易性给量子联系关系带来了各类各样庞大的没有等价情势。然而，以后的丈量方案只能提取少数特殊情势的时序联系关系信息，到今朝为止尚未一种体系的、可行的方案来提取能源学完整调集中一切类型的时

中国迷信技能年夜学中国迷信院宏观磁共振重点试验室彭新华传授、江敏副传授团队正在极弱磁场量子紧密丈量范畴取患上重要进展，初次哄骗暗态自旋完成极弱磁场的量子缩小，磁场缩小倍数冲破5000倍，单次磁场丈量精度到达0.1fT程度。相干研究结果以“Observation of Magnetic Amplification Using Dark Spins”为题颁发于国际闻名学术期刊《美国国度迷信院院刊》（PNAS）。极弱磁场探测技能是21世纪古代探测技能的重要构成局部，关于出产糊口、国度保险和根蒂根基研究均具备重要意思，包含心脑磁生物医学诊断、地质勘探、份子布局丈量和暗物资探测等多个交织迷信使用。一直晋升磁场丈量精度不断是弱磁丈量范畴的焦点方针，出格是怎样正在庞大的情况噪声以及技能噪声下，冲破以后磁场的丈量极限，是极弱磁场探测范畴的重年夜应战。量子缩小哄骗原子、份子及粒子的自旋等可以完成强劲电磁场的超低噪声量子缩小，正在诸多前沿迷信使用场景如微波激射器、激光器及原子钟等紧密丈量范畴阐扬侧重要作用。此中，彭新华传授团队正在2021年初次发明气态原子自旋对极弱磁场的缩小征象[Nat. Phys. 17, 1

中国科学技术大学彭新华教授、江敏副研究员等在量子精密测量和检验超越标准模型领域取得重要进展，利用自主研制的量子自旋放大技术实现了对一类超越标准模型的宇称破缺相互作用的超灵敏检验，实验结果提升国际纪录至少5个数量级，弥补了现有天文学观测的空白。相关研究成果于1月6日以“Search for exotic parity-violation interactions with quantum spin amplifiers”为题在线发表于国际学术期刊《Science Advances》上[Sci. Adv. 9, eade0353 (2023)]。粒子物理标准模型是20世纪物理学建立的最伟大的模型之一。然而，尽管标准模型取得了巨大的成功，但许多物理现象如暗物质、暗能量、中微子振荡、正反物质不对称性等无法被很好解释。为此，许多理论预言了可能存在超越标准模型的新轻玻色子，如轴子、暗光子、Z玻色子等，其可以作为暗物质的候选粒子，补充现有的标准模型理论。这些新粒子的能量可能跨度几十个量级的范围。对于低能区的新粒子 (远小于1eV)，更加凸显出粒子的波动性，它们的德布罗意波长甚至要比现在的大型

中国科学技术大学中科院微观磁共振重点实验室彭新华教授、江敏副研究员等在量子精密测量和超越标准模型领域取得重要进展，利用超灵敏量子精密测量技术实现了超越标准模型的新玻色子直接搜寻，质量大于65μeV的轴子观测界限提升国际纪录至少10个数量级。相关研究成果于7月26日以“Limits on Axions and Axionlike Particles within the Axion Window Using a Spin-Based Amplifier”为题发表于国际著名学术期刊《Physical Review Letters》上[Phys. Rev. Lett. 129, 051801 (2022)]。国际知名学术网站Phys.org以“Usingquantum technology to constrain new particles”为题专文报道了该工作。粒子物理标准模型的建立是20世纪物理学取得的最重大成就之一，成功预言希格斯玻色子和W±、Z0玻色子等，极大促进了基础物理学研究。尽管已经取得了巨大的成功，标准模型仍然存在着许多疑难问题，包括强CP问题、中微子振荡、重子不对

中国科学技术大学中国科学院微观磁共振重点实验室彭新华研究组在自旋量子精密测量领域取得重要进展，首次提出和验证了Floquet自旋量子放大技术，该技术克服了以往只在单个频率处量子放大的局限性，实现了多频段极弱磁场信号的量子放大，灵敏度达到了飞特斯拉水平。相关研究成果于6月9日以“Floquet Spin Amplification”为题在线发表于著名国际学术期刊《Physical Review Letters》上[Phys. Rev. Lett. 128, 233201 (2022)]，并被选为“编辑推荐（Editors’Suggestion）”文章。现代自然科学和物质文明是伴随着测量精度的不断提升而发展的。随着量子力学基础研究和科学技术的发展，通过原子、分子、自旋等物理系统可以实现微弱信号的量子增强放大。相比于基于经典电路的传统放大技术，量子增强放大受限于更低的量子噪声且具有更高的放大增益，为提升测量精度提供了强有力的研究手段，因此受到大家的广泛关注和研究。目前，量子放大技术已经在诸多测量过程发挥不可替代的作用，催生出许多革命性成果，例如微波激射器、激光器、原子钟，甚至宇宙微波

11月17日，中国科大中科院微观磁共振重点实验室彭新华研究组和德国亥姆霍兹研究所Dmitry Budker教授合作，利用本团队近期发展的量子精密测量技术，实现了对一类超越标准模型的新相互作用的超灵敏检验，实验界限比先前的国际最好水平提升至少2个数量级。相关研究成果以“Search for exotic spin-dependent interactions with a spin-based amplifier”为题在线发表于国际知名学术期刊《Science Advanc