論文の概要: Force and acceleration sensing with optically levitated nanogram masses at microkelvin temperatures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2001.10931v1
• Date: Wed, 29 Jan 2020 16:20:35 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-06-05 06:54:49.778737
• Title: Force and acceleration sensing with optically levitated nanogram masses at microkelvin temperatures
• Title（参考訳）: マイクロケルビン温度における光学浮揚ナノグラム質量の力と加速度センシング
• Authors: Fernando Monteiro, Wenqiang Li, Gadi Afek, Chang-ling Li, Michael Mossman and David C. Moore
• Abstract要約: 本稿では,10μmの光学共振シリカ球の中心運動を50pm22 mu$Kの有効温度に冷却することを示した。 これらの条件下では、球体は1日以上はアクティブな冷却を行わず、sim 10-7$ mbar の圧力で安定に閉じ込められていることが示されている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 57.72546394254112
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: This paper demonstrates cooling of the center-of-mass motion of 10 $\mu$m-diameter optically levitated silica spheres to an effective temperature of $50\pm22 \mu$K, achieved by minimizing the technical pointing noise of the trapping laser. This low noise leads to an acceleration and force sensitivity of $95\pm41$ n$g/\sqrt{\mathrm{Hz}}$ ($g = 9.8$ m/s$^2$) and $0.95\pm0.11$ aN$/\sqrt{\mathrm{Hz}}$, respectively, at frequencies near 50 Hz. This force sensitivity is comparable to that demonstrated for optically levitated nanospheres that are $10^4$ times less massive, corresponding to an acceleration sensitivity that is several orders of magnitude better. It is further shown that under these conditions the spheres remain stably trapped at pressures of $\sim 10^{-7}$ mbar with no active cooling for periods longer than a day. Feedback cooling is still necessary in the moderate-pressure regime, motivating a comprehensive study of the loss mechanisms of the microspheres and providing better understanding of the requirements for feedback-free optical trapping in vacuum. This work can enable high-sensitivity searches for accelerations and forces acting on micron-sized masses, including those that could be produced by new physics beyond the Standard Model.
• Abstract（参考訳）: 本論文は,10ドルの光浮揚シリカ球の質量中心運動を50\pm22 \mu$kの有効温度まで冷却することを示し,トラッピングレーザーの技術的ポインティングノイズを最小化する。 この低騒音は加速度と力の感度を9,5\pm41$ n$g/\sqrt{\mathrm{hz}}$ (g = 9.8$ m/s$^2$) と$0.95\pm0.11$ an$/\sqrt{\mathrm{hz}}$ の50hz付近の周波数に導く。 この力感度は10^4$の質量の少ない光学共振ナノ球に対して示されるものと同等であり、加速感度は桁違いに優れている。 これらの条件下では、球体は1日よりも長い期間アクティブな冷却を行なわずに、安定的に$\sim 10^{-7}$ mbarの圧力で閉じ込められることが示される。 フィードバック冷却は中程度の圧力環境においても必要であり、微小圏の損失機構の包括的な研究と、真空中における無フィードバック光トラップの要件の理解を深めている。 この研究により、標準模型以外の新しい物理学で生成できるものを含む、ミクロンサイズの質量に作用する加速度や力の高感度な探索が可能になる。

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