利用光悬浮微球搜索毫荷电粒子

基于悬浮腔光力学的超灵敏光学非线性传感器探测毫荷电粒子

Probing millicharged particles with ultrasensitive optical nonlinear sensor based on levitated cavity optomechanics

本实验并不排除体质量中电荷电荷为10^（-12）e的粒子。本文提出了一种利用悬浮微球耦合光腔测量毫荷电粒子的可行方案。结果表明，微振荡器的光探测谱由于毫荷电粒子的存在而出现明显的位移。由于光克尔效应的线宽很窄（10^（-7）Hz），这种漂移将更加明显，从而使毫电荷更容易被探测到。提出了一种利用均匀带电环消除极化力背景的方法，使该方案在精度上比现有实验显示出很强的优势。该技术为探测凝聚态物质中的暗物质和非零电荷中微子开辟了新的应用途径。

Search for non-Newtonian interactions at micrometer scale with a levitated test mass

We report on a search for non-Newtonian forces that couple to mass, with a characteristic scale of ${\sim}10~μ$m, using an optically levitated microsphere as a precision force sensor. A silica microsphere trapped in an upward-propagating, single-beam, optical tweezer is utilized to probe for interactions sourced from a nanofabricated attractor mass with a density modulation brought into close proximity to the microsphere and driven along the axis of periodic density in order to excite an oscillating response. We obtain force sensitivity of ${\lesssim}10^{-16}~\rm{N}/\sqrt{\rm{Hz}}$. Separately…

斯坦福悬浮微球实验数据对亚毫米级空间振荡力的约束

Constraints on Spatially Oscillating Sub-mm Forces from the Stanford Levitated Microsphere Experiment Data

作者之一\cite{Perivolaropoulos:2016ucs}最近的一项分析表明，华盛顿实验的扭转平衡数据中存在空间振荡新力残差的$2σ$信号。我们扩展了这项研究，并分析了斯坦福光学悬浮微球实验（SOLME）\cite{Rider:2016xaq}（由\cite{Rider:2016xaq}的作者提供）的数据，寻找亚毫米空间振荡的新的力信号。我们发现一个统计上显着的振荡信号的形式$F(z)=α\; cos(\frac{2π}λ\; z +c)$的力残留$z$是宏观相互作用的群众（悬浮微球和悬臂梁）之间的距离。最佳拟合参数值为$α=(1.1 \pm 0.4)\times 10^{-17}N$、$λ=(35.2\pm 0.6)μm$。在零力残差假设下对SOLME数据的Monte Carlo模拟表明，该信号的统计显著性约为$2σ$水平。与SOLME小组成员的私人交流表明，这种以前未被注意到的信号很可能是由于系统效应（激光束的非高斯尾部衍射）。因此，它只能是有用的，作为一个上限的新的空间振荡力的振幅在亚毫米尺度。假设引力起源于$V_{eff}(r)=-G\frac{M}{r}(1+α_O \cos(\frac{2π}λ\; r+θ))\equiv V_{N}(r)+V_{osc}(r)$形式的牛顿势的基本修正，我们计算源积分并得到$λ\simeq 35 μm$的束缚$α_O < 1…

寻找与100 $\mathrm{μm}$长度尺度以下暗能量相关的屏蔽相互作用

Search for Screened Interactions Associated with Dark Energy Below the 100 $\mathrm{μm}$ Length Scale

我们提出了一个搜索未知的相互作用，耦合到质量之间的光学悬浮微球和镀金硅悬臂梁的结果。该设备的规模和几何形状使得能够搜索出现在100 $μ$ m以下的距离处的新的部队，并且由于筛选机制，这些部队将逃避先前的搜索。这些数据与静电背景一致，并在测试的几何结构中将新相互作用的强度上限设置为$<0.1$ fN。对于与逆幂律势的变色龙相互作用的具体示例，这些结果排除了参数空间区域中的物质耦合$β> 5.6 \times 10^4$，其中自耦合$Λ\gtrsim 5$ meV和微球未被完全屏蔽。

Search for Kilogram-scale Dark Matter with Precision Displacement Sensors

The search for dark matter has been performed mainly for weakly interacting massive particles and massive compact halo objects, and the intermediate mass region has not been investigated experimentally. A method to search dark matter with precision displacement sensors is suggested for this mass range. The search is performed by detecting a characteristic motion of a test mass when it is attracted by a dark matter particle through gravity. Two different types of displacement sensors are examined: optically levitated microspheres and laser interferometers for gravitational wave detection. The s…