CAREER: Search for CP-Violating Hadronic Physics Beyond the Standard Model with Polyatomic Molecules

职业:寻找多原子分子标准模型之外的CP破坏强子物理

基本信息

  • 批准号:
    1847550
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 62万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-02-15 至 2025-01-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The origin of matter in the universe is a mystery. According to all known physical laws, there should be equal amounts of matter and anti-matter in existence. However, scientists have not found any large clumps of anti-matter such as anti-stars or anti-planets. One way to explain this asymmetry may involve new particles and forces that are not described by the Standard Model of particle physics. The hypothesized forces could violate some fundamental symmetries such as Charge conjugation (C), Parity (P), or Time reversal (T) symmetry in order to explain the matter to anti-matter asymmetry in the universe. But these same forces would cause other "forbidden" interactions between electrons, nucleons and electromagnetic fields, which may be detected by sensitive laboratory experiments. These effects are significantly amplified in polar molecules due to their very large internal electromagnetic fields. Searching for these effects with modern, quantum techniques enables "tabletop" searches for evidence of new particles and forces. This can promote the progress of science by opening up new, unexplored areas of fundamental physics.This project will search for a nuclear magnetic quadrupole moment (MQM) in polyatomic 173YbOH molecules. The MQM is a CP-violating electromagnetic moment that can exist in nuclei with spin I1/2, and is enhanced in quadrupole deformed nuclei such as 173Yb. The MQM would arise from sources such as CP-violating nuclear forces, quark EDMs, and more, making it a sensitive probe for many hadronic sources beyond the Standard Model. Polyatomic molecules are a powerful platform for precision measurement since they generically enable full polarization and internal co-magnetometer states without interfering with laser cooling. This is a combination of features not available in other systems. This team will perform a molecular beam spin precession measurement to search for a nuclear MQM while simultaneously developing this new platform for precision measurements, which will be useful in the many systems that benefit from quantum control in molecules.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
宇宙中物质的起源是一个谜。 根据所有已知的物理定律,应该存在相等数量的物质和反物质。但是,科学家没有发现任何大量的反物质,例如抗星形或反行星。 解释这种不对称性的一种方法可能涉及粒子物理标准模型未描述的新粒子和力。假设的力量可能违反一些基本的对称性,例如电荷共轭(C),奇偶校验(P)或时间逆转(T)对称性,以便向宇宙中的反物质不对称解释此事。 但是,这些相同的力会导致电子,核子和电磁场之间的其他“禁止”相互作用,这可以通过敏感的实验室实验检测到。 由于其非常大的内部电磁场,这些作用在极性分子中显着放大。 通过现代的量子技术搜索这些效果,可以使“桌面”搜索新颗粒和力的证据。 这可以通过开放基本物理的新的,未开发的区域来促进科学的进步。该项目将在多原子173yboh分子中搜索核磁四极矩(MQM)。 MQM是一种CP侵入的电磁力矩,可以在带有自旋I1/2的核中存在,并且在像173yb这样的四倍变形核中增强了。 MQM将来自CP侵略性核力量,夸克EDM等来源,这使其对超出标准模型以外的许多耐药来源的敏感探测器。 多原子分子是精确度量的强大平台,因为它们通常可以实现完全极化和内部共磁性计状态,而不会干扰激光冷却。 这是其他系统中无法使用的功能的组合。 该团队将执行分子束自旋进动测量,以搜索核MQM,同时开发了这个新的精确测量平台,这将在许多系统中受益于分子中的量子控制的许多系统。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是通过基金会的知识优点和广泛的criitia criteria进行评估,并被认为是值得通过评估的支持。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Simulation of cryogenic buffer gas beams
  • DOI:
    10.1103/physrevresearch.3.023018
  • 发表时间:
    2021-04-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Takahashi, Yuiki;Shlivko, David;Hutzler, Nicholas R.
  • 通讯作者:
    Hutzler, Nicholas R.
Fine and hyperfine interactions in 171 YbOH and 173 YbOH
171 YbOH 和 173 YbOH 中的精细和超精细相互作用
  • DOI:
    10.1063/5.0055293
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Pilgram, Nickolas H.;Jadbabaie, Arian;Zeng, Yi;Hutzler, Nicholas R.;Steimle, Timothy C.
  • 通讯作者:
    Steimle, Timothy C.
Characterizing the fundamental bending vibration of a linear polyatomic molecule for symmetry violation searches
  • DOI:
    10.1088/1367-2630/ace471
  • 发表时间:
    2023-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    A. Jadbabaie;Y. Takahashi;N. Pilgram;Chandler J Conn;Yi Zeng;Chi Zhang;N. Hutzler
  • 通讯作者:
    A. Jadbabaie;Y. Takahashi;N. Pilgram;Chandler J Conn;Yi Zeng;Chi Zhang;N. Hutzler
Optical cycling in polyatomic molecules with complex hyperfine structure
  • DOI:
    10.1103/physreva.108.012813
  • 发表时间:
    2023-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Yi Zeng;A. Jadbabaie;Ashay N. Patel;Phelan Yu;T. Steimle;N. Hutzler
  • 通讯作者:
    Yi Zeng;A. Jadbabaie;Ashay N. Patel;Phelan Yu;T. Steimle;N. Hutzler
Quantum control of trapped polyatomic molecules for eEDM searches
用于 eEDM 搜索的捕获多原子分子的量子控制
  • DOI:
    10.1126/science.adg8155
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    56.9
  • 作者:
    Anderegg, Loïc;Vilas, Nathaniel B.;Hallas, Christian;Robichaud, Paige;Jadbabaie, Arian;Doyle, John M.;Hutzler, Nicholas R.
  • 通讯作者:
    Hutzler, Nicholas R.
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    2019
  • 资助金额:
    $ 62万
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