[发明专利]检验第五种力V4+5

权利要求书

1.一种检验第五种力的基于SERF原子磁场测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将泵浦光路和检测光路共线入射到原子磁强计表头内的碱金属原子池中，使得内部碱金属原子处于SERF态；

S2：在原子磁强计附近放置晶体，利用步进电机控制晶体做旋转运动，使得晶体内核自旋与碱金属原子池内电子自旋之间产生相对运动；

S3：利用原子磁强计探测由于晶体内核自旋与碱金属原子池内电子自旋之间相互作用产生的磁场信号，其中，碱金属原子池内的电子自旋和晶体内核自旋之间存在的形式第五种力可表示为

；

其中，为相互作用强度系数，是极化粒子的自旋量子数，r是晶体内核自旋与碱金属原子池内电子自旋之间的距离，为相互作用自由程，v是晶体和碱金属原子池的相对运动速度，是普朗克常数，c是真空中光速；

这种新型相互作用会导致碱金属原子池中的极化电子能级移动为

；

其中，是碱金属原子的旋磁比，是第五力产生的等效磁场，是极化粒子的自旋量子数，是普朗克常数；

S4：通过对测量数据进行数据处理，将微弱的磁场信号从背景噪声中提取出来，获得形式第五种力产生的等效磁场，根据等效磁场对第五种力的相互作用强度系数随着相互作用自由程的变化给出实验测量精度限定范围，从而检验第五种力。

2.如权利要求1所述的一种检验第五种力的基于SERF原子磁场测量方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述晶体内核自旋与碱金属原子池内电子自旋之间相互作用指的是，原子池内所有极化的碱金属原子的电子自旋和晶体内所有核自旋的相互作用总和，晶体的旋转运动速度保持恒定时，晶体内核自旋与碱金属原子池内电子自旋之间相互作用力恒定，当晶体的旋转运动速度周期变化时，第五种力引起的等效磁场也会周期性变化。

3.如权利要求1所述的一种检验第五种力的基于SERF原子磁场测量方法，其特征在于：碱金属原子池内电子自旋的极化方向和泵浦光的方向一致，并且只考虑被极化的碱金属原子参与相互作用。

4.一种检验第五种力的基于SERF原子磁场测量装置，其特征在于：包括与光学平台固定连接的原子磁强计模块(11)，所述原子磁强计模块(11)内固定设有激光器(14)，在所述激光器(14)发射的激光路径上依次固定布置有准直透镜(15)、线偏振器(16)、圆偏振器(17)、反射棱镜(18)、原子池机械支撑件(19)和光电管(21)，所述原子池机械支撑件(19)内固定有碱金属原子池(10)，所述原子磁强计模块(11)内固定设有精细调节磁场线圈(23)，所述精细调节磁场线圈(23)外层固定设有磁场线圈(24)，所述原子磁强计模块(11)上侧设有与光学平台固定连接的旋转定位机构(30)，所述旋转定位机构(30)控制设有可在垂直于泵浦光路的平面做旋转运动的晶体(9)。

5.如权利要求4所述的一种检验第五种力的基于SERF原子磁场测量装置，其特征在于：所述旋转定位机构(30)包括伺服电机(1)，所述伺服电 机(1)控制设有塑料转轴(7)，所述塑料转轴(7)上垂直固定设有铜针(5)，所述铜针(5)附近安装有光电开关(6)，所述塑料转轴(7)远离所述伺服电机(1)端通过塑料样品台(8)固定连接所述晶体(9)。

6.如权利要求5所述的一种检验第五种力的基于SERF原子磁场测量装置，其特征在于：所述光学平台上固定设有第一磁屏蔽罩(2)和第二磁屏蔽罩(3)，所述伺服电机(1)固定设在所述第一磁屏蔽罩(2)内，所述光电开关(6)与所述第一磁屏蔽罩(2)内壁固定连接，所述第二磁屏蔽罩(3)内固定设有铁氧体(4)，所述塑料转轴(7)贯穿所述铁氧体(4)且可在铁氧体(4)内转动，所述原子磁强计模块(11)通过塑料支撑件(12)固定连接在所述铁氧体(4)内，并通过供电及信号传输线缆(13)与外部光学仪器连接，所述原子磁强计模块(11)内设有第三磁屏蔽罩(22)包围内部所有部件。

7.如权利要求5所述的一种检验第五种力的基于SERF原子磁场测量装置，其特征在于：所述晶体(9)为非极化晶体，且材料本身不引入背景磁场噪声，所述塑料转轴(7)和塑料样品台(8)不引入背景磁场噪声。