个人信息Personal Information 教授 博士生导师 硕士生导师
在职信息：在职
所在单位：物理学院
学历：研究生(博士)毕业
学位：博士学位
毕业院校：中国科学院物理研究所
学科：精密测量物理

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个人简介Personal Profile 罗鹏顺，教授，博士生导师。1997年毕业于吉林大学物理系，获学士学位。2003年毕业于中国科学院物理研究所，获博士学位。2003年至2009年，先后在法国国家科学研究中心光子与纳米结构实验室（LPN，CNRS）、极低温研究中心（CRTBT，CNRS,现为Institut NéEL一部分）以及美国北卡罗纳州立大学物理系从事博士后研究。2010年至今为华中科技大学物理学院教授。主要从事微米间距超越标准模型新相互作用检验和扫描探针显微技术研发研究。

教育经历Education Background
工作经历Work Experience
1997.92000.3
中科院物理所
凝聚态物理
博士学位
研究生(博士)毕业
1993.91997.7
吉林大学
物理学
学士学位
本科(学士)
2010.1至今
华中科技大学
物理学院
教授
2006.112009.10
北卡罗纳州立大学
物理系
博士后
2004.92006.10
法国国家科研中心
极低温研究中心
博士后
2003.22004.8
法国国家科研中心
光子与纳米结构实验室
博士后

研究方向Research Focus
社会兼职Social Affiliations
微米间距非标准模型相互作用检验
扫描探针显微镜研制
暂无内容

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在职信息：在职
所在单位：物理学院
学历：研究生(博士)毕业
学位：博士学位
毕业院校：中国科学院物理研究所
学科：精密测量物理

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当前位置： 中文主页 >> 科学研究
研究领域
粒子物理的标准模型是迄今最伟大的理论之一，其理论预言已经过大部分的实验检验。然而，粒子物理的标准模型还面临着很多未解答的问题，如暗物质、正反物质不对称、强CP破坏，以及与引力如何统一等问题。很多物理学家认为，粒子物理的标准模型是一个更基本的、同时可以描述引力的统一理论的低能近似，而超越标准模型的理论通常预言了新的粒子和新的相互作用的存在。对于高能粒子的寻找通常在大型粒子对撞机（如LHC）上进行，而对于一些轻的、且与普通物质作用微弱的粒子（也可能是暗物质候选者）可在常规实验室通过检验由这些粒子传递的有效相互作用来检验[1,2]。本小组目前主要在微米间距通过巧妙的实验设计，使用悬臂梁弱力测量技术对以下几种相互作用进行检验。

（1）Yukawa相互作用：Yukawa相互作用最初由Hideki Yukawa提出，为标量场与狄拉克场间的相互作用，可用来描述核子间交换 介子产生的核力，其有效相互作用势为： ，其中 为作用程， 为标量粒子的质量，g为耦合常数。很多非标准模型理论都预言新的标量粒子的存在，通过交换这些新的粒子，费米子间可产生Yukawa类型的相互作用。此外，如果考虑额外维的存在，当引力在额外维空间传播时，牛顿万有引力定律需要修正，在间距接近紧致额外维尺度时，引力势可用Yukawa势修正为：

目前大部分牛顿反平方定律实验检验结果都用以上的势能形式来参数化。
在微米间距，牛顿引力远小于目前的弱力测量水平，主要的背景作用力为电磁相互作用：Casimir力和静电力。我们自2011年开始进行微米间距的实验检验，使用悬臂梁测量一个金球与金-硅密度调制吸引质量间的相互作用力。通过驱动吸引质量运动将待检验的Yukawa力信号调制到高倍频，从而与背景作用力分离。2016年该实验获得了一个不需进行电磁相互作用背景扣除的初步结果[3]。


（2）自旋相关的相互作用：当传递相互作用的粒子为赝标量粒子或自旋为1的玻色子时，两个费米子间会产生跟自旋有关的相互作用。其中一种为可通过（类）轴子传递的相互作用，最初由J. E. Moody和Frank Wilczek于1984年提出[4]，它们有如下的有效作用势：
单极-偶极作用：

偶极-偶极作用：

由于轴子是强CP破坏问题的可能解决方案，也是冷暗物质的可能候选者，因此轴子探测引起了广泛关注。目前国内外有多个大科学项目在进行轴子的探测，如上海交通大学主导的PandaX实验、美国华盛顿大学的ADMX实验、欧洲核子中心的CAST和IAXO实验、东京轴子太阳望远镜实验等。我们课题组目前也在微米间距检验（类）轴子传递的单极-偶极相互作用是否存在，拟使用悬臂梁测量一个金球与电子自旋极化交替反向的周期磁结构间的作用力，预计检验精度比当前国际最好水平提高约1000倍（在2μm作用程）[5]。


对于偶极-偶极相互作用，2017年我们根据IBM Almaden STM研究组利用单原子电子自旋共振技术（ESR-STM）测量得到的两个铁原子间的相互作用数据，分析给出了对该类相互作用的限制，给出了当（类）轴子质量大于约1eV时，对电子-电子间该相互作用最强的限制[6]。该结果已被The Particle Data Group (PDG)收录。

（3）自旋和速度相关的相互作用：2006年，Dobrescu和Mocioiu基于量子场论一般性地给出了两个费米子间通过交换自旋为0或自旋为1的玻色子可能存在的旋转不变的相互作用势，总共有16种[7]。我们课题组目前在对其中一种跟自旋和速度都有关的新相互作用进行检验，其有效作用势为：

该实验利用灵敏的悬臂梁作为弱力传感器，通过测量粘在悬臂梁上的金微球与磁调制结构间的作用力，检验了金球中非极化核子与磁调制结构中自旋极化电子间可能存在的新相互作用。该设计有效地抑制了磁力、Casimir力与静电力等背景干扰噪声。实验最终给出了常规实验室在作用程400μm以下对核子与电子间该新相互作用的最强限制，实验结果将为相关的理论研究提供参考[8]。



（4）扫描探针显微镜的研制：本课题组使用的主要技术手段为扫描探针显微技术，利用悬臂梁进行弱力测量，目前我们已研制2台扫描探针显微镜系统。



——————————————————————————————
1.Torsion balance experiments: A low-energy frontier of particle physics, E.G. Adelberger , J.H. Gundlach, B.R. Heckel, S. Hoedl, S. Schlamminger, Prog. Part. Nucl. Phys. 62, 102 (2009).
2.The Low-Energy Frontier of Particle Physics, Joerg Jaeckel and Andreas Ringwald, Annu. Rev. Nucl. Part. Sci. 60, 405 (2010).
3.Test of non-Newtonian gravitational forces at micrometer range with two-dimensional force mapping, Jianbo Wang, Shengguo Guan, Kai Chen, Wenjie Wu, Zhaoyang Tian,Pengshun Luo,*Aizi Jin, Shanqing Yang, Chenggang Shao, and Jun Luo*, Phys. Rev. D 94, 122005 (2016).
4.Newmacroscopic forces? J. E. Moody and Frank Wilczek, Phys. Rev. D 30, 130(1984).
5. Proposed experimental test of exotic monopole-dipole interaction at the micrometer range, Rui Luo, Xiaofang Ren, Jianbo Wang, Xiaofei Jia and Pengshun Luo*, Int. J. Mod. Phys. A 35, ** (2020)
6.Constraints on spin-dependent exotic interactions between electrons at the nanometer scale,Pengshun Luo,*Jihua Ding, Jianbo Wang, and Xiaofang Ren, Phys. Rev. D 96, 055028 (2017).
7. Spin-dependent macroscopic forces from new particle exchange, B. A. Dobrescu and I. Mocioiu, J. High Energy Phys. 11 (2006) 005.
8. Constraints on the Velocity and Spin Dependent Exotic Interaction at the Micrometer Range, Jihua Ding, Jianbo Wang, Xue Zhou, Yu Liu, Ke Sun, Adekunle Olusola Adeyeye, Huixing Fu, Xiaofang Ren, Sumin Li, Pengshun Luo*, Zhongwen Lan, Shanqing Yang, and Jun Luo, Phys. Rev. Lett. 124, 161801 (2020).




论文成果 More>>
Jihua Ding, Jianbo Wang, Xue Zhou, Yu Liu, Ke Sun, Adekunle Olusola Adeyeye, Huixing Fu, Xiaofang Ren, Sumin Li, Pengshun Luo*, Zhongwen Lan, Shanqing Yang, and Jun Luo*, Constraints on the Velocity and Spin Dependent Exotic Interaction at the Micrometer Range, Phys. Rev. Lett. 124, 161801 (2020)..
Rui Luo, Xiaofang Ren, Jianbo Wang, Xiaofei Jia and Pengshun Luo*, Proposed experimental test of exotic monopole-dipole interaction at the micrometer range, Int. J. Mod. Phys. A 35, ** (2020)..
Wen-Hai Tan, An-Bin Du, Wen-Can Dong, Shan-Qing Yang, Cheng-Gang Shao, Sheng-Guo Guan, Qing-Lan Wang, Bi-Fu Zhan, Peng-Shun Luo, Liang-Cheng Tu, and Jun Luo, Improvement for Testing the Gravitational Inverse-Square Law at the Submillimeter Range, Phys. Rev. Lett. 124, 051301 (2020)..
Lin Zhu, Qi Liu*, Hui-Hui Zhao, Qi-Long Gong, Shan-Qing Yang, Pengshun Luo, Cheng-Gang Shao, Qing-Lan Wang, Liang-Cheng Tu, and Jun Luo*, Test of the Equivalence Principle with Chiral Masses Using a Rotating Torsion Pendulum, Phys. Rev. Lett. 121, 261101 (2018)..
Qing Li, Chao Xue, Jian-Ping Liu, Jun-Fei Wu, Shan-Qing Yang*, Cheng-Gang Shao*, Li-Di Quan, Wen-Hai Tan, Liang-Cheng Tu, Qi Liu, Hao Xu, Lin-Xia Liu, Qing-Lan Wang, Zhong-Kun Hu, Ze-Bing Zhou, Peng-Shun Luo, Shu-Chao Wu, Vadim Milyukov and Jun Luo*, Measurements of the gravitational constant using two independent methods, Nature 560, 582 (2018)..
谭文海, 王建波, 邵成刚, 涂良成, 杨山清*, 罗鹏顺*, 罗俊*, 近距离牛顿反平方定律实验检验进展, Acta Physica Sinica, 67, 160401 (2018)..

科研项目
微米间距一种自旋相关的新相互作用的实验检验,2019/01/01-2022/12/31
密度调制法近距离牛顿反平方定律实验检验,2015/01/01-2018/12/31
亚微米间距非牛顿引力实验检验,2013/01/01-2016/12/31
使用原子力显微镜对纳米间距Casimir效应的研究,2011/01/01-2013/12/31

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学历：研究生(博士)毕业
学位：博士学位
毕业院校：中国科学院物理研究所
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研究领域 当前位置： 中文主页 >> 科学研究 >> 研究领域
粒子物理的标准模型是迄今最伟大的理论之一，其理论预言已经过大部分的实验检验。然而，粒子物理的标准模型还面临着很多未解答的问题，如暗物质、正反物质不对称、强CP破坏，以及与引力如何统一等问题。很多物理学家认为，粒子物理的标准模型是一个更基本的、同时可以描述引力的统一理论的低能近似，而超越标准模型的理论通常预言了新的粒子和新的相互作用的存在。对于高能粒子的寻找通常在大型粒子对撞机（如LHC）上进行，而对于一些轻的、且与普通物质作用微弱的粒子（也可能是暗物质候选者）可在常规实验室通过检验由这些粒子传递的有效相互作用来检验[1,2]。本小组目前主要在微米间距通过巧妙的实验设计，使用悬臂梁弱力测量技术对以下几种相互作用进行检验。

（1）Yukawa相互作用：Yukawa相互作用最初由Hideki Yukawa提出，为标量场与狄拉克场间的相互作用，可用来描述核子间交换 介子产生的核力，其有效相互作用势为： ，其中 为作用程， 为标量粒子的质量，g为耦合常数。很多非标准模型理论都预言新的标量粒子的存在，通过交换这些新的粒子，费米子间可产生Yukawa类型的相互作用。此外，如果考虑额外维的存在，当引力在额外维空间传播时，牛顿万有引力定律需要修正，在间距接近紧致额外维尺度时，引力势可用Yukawa势修正为：

目前大部分牛顿反平方定律实验检验结果都用以上的势能形式来参数化。
在微米间距，牛顿引力远小于目前的弱力测量水平，主要的背景作用力为电磁相互作用：Casimir力和静电力。我们自2011年开始进行微米间距的实验检验，使用悬臂梁测量一个金球与金-硅密度调制吸引质量间的相互作用力。通过驱动吸引质量运动将待检验的Yukawa力信号调制到高倍频，从而与背景作用力分离。2016年该实验获得了一个不需进行电磁相互作用背景扣除的初步结果[3]。


（2）自旋相关的相互作用：当传递相互作用的粒子为赝标量粒子或自旋为1的玻色子时，两个费米子间会产生跟自旋有关的相互作用。其中一种为可通过（类）轴子传递的相互作用，最初由J. E. Moody和Frank Wilczek于1984年提出[4]，它们有如下的有效作用势：
单极-偶极作用：

偶极-偶极作用：

由于轴子是强CP破坏问题的可能解决方案，也是冷暗物质的可能候选者，因此轴子探测引起了广泛关注。目前国内外有多个大科学项目在进行轴子的探测，如上海交通大学主导的PandaX实验、美国华盛顿大学的ADMX实验、欧洲核子中心的CAST和IAXO实验、东京轴子太阳望远镜实验等。我们课题组目前也在微米间距检验（类）轴子传递的单极-偶极相互作用是否存在，拟使用悬臂梁测量一个金球与电子自旋极化交替反向的周期磁结构间的作用力，预计检验精度比当前国际最好水平提高约1000倍（在2μm作用程）[5]。


对于偶极-偶极相互作用，2017年我们根据IBM Almaden STM研究组利用单原子电子自旋共振技术（ESR-STM）测量得到的两个铁原子间的相互作用数据，分析给出了对该类相互作用的限制，给出了当（类）轴子质量大于约1eV时，对电子-电子间该相互作用最强的限制[6]。该结果已被The Particle Data Group (PDG)收录。

（3）自旋和速度相关的相互作用：2006年，Dobrescu和Mocioiu基于量子场论一般性地给出了两个费米子间通过交换自旋为0或自旋为1的玻色子可能存在的旋转不变的相互作用势，总共有16种[7]。我们课题组目前在对其中一种跟自旋和速度都有关的新相互作用进行检验，其有效作用势为：

该实验利用灵敏的悬臂梁作为弱力传感器，通过测量粘在悬臂梁上的金微球与磁调制结构间的作用力，检验了金球中非极化核子与磁调制结构中自旋极化电子间可能存在的新相互作用。该设计有效地抑制了磁力、Casimir力与静电力等背景干扰噪声。实验最终给出了常规实验室在作用程400μm以下对核子与电子间该新相互作用的最强限制，实验结果将为相关的理论研究提供参考[8]。



（4）扫描探针显微镜的研制：本课题组使用的主要技术手段为扫描探针显微技术，利用悬臂梁进行弱力测量，目前我们已研制2台扫描探针显微镜系统。



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1.Torsion balance experiments: A low-energy frontier of particle physics, E.G. Adelberger , J.H. Gundlach, B.R. Heckel, S. Hoedl, S. Schlamminger, Prog. Part. Nucl. Phys. 62, 102 (2009).
2.The Low-Energy Frontier of Particle Physics, Joerg Jaeckel and Andreas Ringwald, Annu. Rev. Nucl. Part. Sci. 60, 405 (2010).
3.Test of non-Newtonian gravitational forces at micrometer range with two-dimensional force mapping, Jianbo Wang, Shengguo Guan, Kai Chen, Wenjie Wu, Zhaoyang Tian,Pengshun Luo,*Aizi Jin, Shanqing Yang, Chenggang Shao, and Jun Luo*, Phys. Rev. D 94, 122005 (2016).
4.Newmacroscopic forces? J. E. Moody and Frank Wilczek, Phys. Rev. D 30, 130(1984).
5. Proposed experimental test of exotic monopole-dipole interaction at the micrometer range, Rui Luo, Xiaofang Ren, Jianbo Wang, Xiaofei Jia and Pengshun Luo*, Int. J. Mod. Phys. A 35, ** (2020)
6.Constraints on spin-dependent exotic interactions between electrons at the nanometer scale,Pengshun Luo,*Jihua Ding, Jianbo Wang, and Xiaofang Ren, Phys. Rev. D 96, 055028 (2017).
7. Spin-dependent macroscopic forces from new particle exchange, B. A. Dobrescu and I. Mocioiu, J. High Energy Phys. 11 (2006) 005.
8. Constraints on the Velocity and Spin Dependent Exotic Interaction at the Micrometer Range, Jihua Ding, Jianbo Wang, Xue Zhou, Yu Liu, Ke Sun, Adekunle Olusola Adeyeye, Huixing Fu, Xiaofang Ren, Sumin Li, Pengshun Luo*, Zhongwen Lan, Shanqing Yang, and Jun Luo, Phys. Rev. Lett. 124, 161801 (2020).

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学历：研究生(博士)毕业
学位：博士学位
毕业院校：中国科学院物理研究所
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论文成果 当前位置： 中文主页 >> 科学研究 >> 论文成果
Jihua Ding, Jianbo Wang, Xue Zhou, Yu Liu, Ke Sun, Adekunle Olusola Adeyeye, Huixing Fu, Xiaofang Ren, Sumin Li, Pengshun Luo*, Zhongwen Lan, Shanqing Yang, and Jun Luo*, Constraints on the Velocity and Spin Dependent Exotic Interaction at the Micrometer Range, Phys. Rev. Lett. 124, 161801 (2020)..
Rui Luo, Xiaofang Ren, Jianbo Wang, Xiaofei Jia and Pengshun Luo*, Proposed experimental test of exotic monopole-dipole interaction at the micrometer range, Int. J. Mod. Phys. A 35, ** (2020)..
Wen-Hai Tan, An-Bin Du, Wen-Can Dong, Shan-Qing Yang, Cheng-Gang Shao, Sheng-Guo Guan, Qing-Lan Wang, Bi-Fu Zhan, Peng-Shun Luo, Liang-Cheng Tu, and Jun Luo, Improvement for Testing the Gravitational Inverse-Square Law at the Submillimeter Range, Phys. Rev. Lett. 124, 051301 (2020)..
Lin Zhu, Qi Liu*, Hui-Hui Zhao, Qi-Long Gong, Shan-Qing Yang, Pengshun Luo, Cheng-Gang Shao, Qing-Lan Wang, Liang-Cheng Tu, and Jun Luo*, Test of the Equivalence Principle with Chiral Masses Using a Rotating Torsion Pendulum, Phys. Rev. Lett. 121, 261101 (2018)..
Qing Li, Chao Xue, Jian-Ping Liu, Jun-Fei Wu, Shan-Qing Yang*, Cheng-Gang Shao*, Li-Di Quan, Wen-Hai Tan, Liang-Cheng Tu, Qi Liu, Hao Xu, Lin-Xia Liu, Qing-Lan Wang, Zhong-Kun Hu, Ze-Bing Zhou, Peng-Shun Luo, Shu-Chao Wu, Vadim Milyukov and Jun Luo*, Measurements of the gravitational constant using two independent methods, Nature 560, 582 (2018)..
谭文海, 王建波, 邵成刚, 涂良成, 杨山清*, 罗鹏顺*, 罗俊*, 近距离牛顿反平方定律实验检验进展, Acta Physica Sinica, 67, 160401 (2018)..
Lin Zhu, Qi Liu*, Hui-Hui Zhao, Shan-Qing Yang, Pengshun Luo, Cheng-Gang Shao, and Jun Luo*, Magnetic effect in the test of the weak equivalence principle using a rotating torsion pendulum, Rev. Sci. Instrum. 89, 044501 (2018)..
Pengshun Luo*, Jihua Ding, Jianbo Wang, and Xiaofang Ren, Constraints on spin-dependent exotic interactions between electrons, Phys. Rev. D 96, 055028 (2017)..
Jianbo Wang, Shengguo Guan, Kai Chen, Wenjie Wu, Zhaoyang Tian, Pengshun Luo*, Aizi Jin, Shanqing Yang, Chenggang Shao, and Jun Luo*, Test of non-Newtonian gravitational forces at micrometer range with two-dimensional force mapping, Phys. Rev. D 94, 122005 (2016)..
Wen-Hai Tan, Shan-Qing Yang*, Cheng-Gang Shao, Jia Li, An-Bin Du, Bi-Fu Zhan, Qing-Lan Wang, Peng-Shun Luo, Liang-Cheng Tu, and Jun Luo*, New test of the gravitational inverse-square law at the submillimeter range with dual modulation and compensation, Phys. Rev. Lett. 116, 131101 (2016)..
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个人信息Personal Information 教授 博士生导师 硕士生导师
在职信息：在职
所在单位：物理学院
学历：研究生(博士)毕业
学位：博士学位
毕业院校：中国科学院物理研究所
学科：精密测量物理

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科研项目 当前位置： 中文主页 >> 科学研究 >> 科研项目
微米间距一种自旋相关的新相互作用的实验检验,2019-01-01-2022-12-31
密度调制法近距离牛顿反平方定律实验检验,2015-01-01-2018-12-31
亚微米间距非牛顿引力实验检验,2013-01-01-2016-12-31
使用原子力显微镜对纳米间距Casimir效应的研究,2011-01-01-2013-12-31
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个人信息Personal Information 教授 博士生导师 硕士生导师
在职信息：在职
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学历：研究生(博士)毕业
学位：博士学位
毕业院校：中国科学院物理研究所
学科：精密测量物理

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当前位置： 中文主页 >> 教学情况
授课信息
目前承担《力学》、《误差分析与数据处理》物理学院本科生教学。,0/
担任《创新物理实验》课程组组长，组织《创新物理实验》课程建设和授课。,0/
曾承担《大学物理》、《大学物理》（英文）、《大学物理实验》的本科教学。,0/

教学成果
华中科技大学教学质量优秀奖二等奖,2019

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授课信息 当前位置： 中文主页 >> 教学情况 >> 授课信息
目前承担《力学》、《误差分析与数据处理》物理学院本科生教学。,
担任《创新物理实验》课程组组长，组织《创新物理实验》课程建设和授课。,
曾承担《大学物理》、《大学物理》（英文）、《大学物理实验》的本科教学。,
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教学成果 当前位置： 中文主页 >> 教学情况 >> 教学成果
华中科技大学教学质量优秀奖二等奖,2020
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物理学院-硕士/精密测量物理/2020
物理学院-博士/精密测量物理/2020
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