論文の概要: Cavity-QED determination of the natural linewidth of the $^{87}$Sr
millihertz clock transition with 30$\mu$Hz resolution
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2007.07855v1
- Date: Wed, 15 Jul 2020 17:21:42 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-09 09:15:57.975818
- Title: Cavity-QED determination of the natural linewidth of the $^{87}$Sr
millihertz clock transition with 30$\mu$Hz resolution
- Title（参考訳）: 30$\mu$hz分解能を持つ$^{87}$srミリヘルツ時計遷移のキャビティqedによる自然線幅の決定
- Authors: Juan A. Muniz, Dylan J. Young, Julia R. K. Cline and James K. Thompson
- Abstract要約: 本稿では,光励起状態の本質的な自然線幅や寿命を決定するための新しい手法を提案する。
このような遷移は最先端の原子時計の性能の鍵であり、基礎物理学や重力波検出器の探索に潜在的に応用される可能性がある。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We present a new method for determining the intrinsic natural linewidth or
lifetime of exceptionally long-lived optical excited states. Such transitions
are key to the performance of state-of-the-art atomic clocks, have potential
applications in searches for fundamental physics and gravitational wave
detectors, as well as novel quantum many-body phenomena. With longer lifetime
optical transitions, sensitivity is increased, but so far it has proved
challenging to determine the natural lifetime of many of these long lived
optical excited states because standard population decay detection techniques
become experimentally difficult. Here, we determine the ratio of a poorly known
ultranarrow linewidth transition ($^3$P$_0$ to $^1$S$_0$ in $^{87}$Sr) to that
of another narrow well known transition ($^3$P$_1$ to $^1$S$_0$) by coupling
the two transitions to a single optical cavity and performing interleaved
nondestructive measurements of the interaction strengths of the atoms with
cavity modes near each transition frequency. We use this approach to determine
the natural linewidth of the clock transition $^3$P$_0$ to $^1$S$_0$ in
$^{87}$Sr to be $\gamma_0/(2\pi) = 1.35(3)~$mHz or $\tau= 118(3)~$s. The
30$~\mu$Hz resolution implies that we could detect states with lifetimes just
below 2 hours, and with straightforward future improvements, we could detect
states with lifetimes up to 15 hours, using measurement trials that last only a
few hundred milliseconds, eliminating the need for long storage times in
optical potentials.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,光励起状態の本質的な自然線幅や寿命を決定するための新しい手法を提案する。
このような遷移は最先端の原子時計の性能の鍵であり、基礎物理学や重力波検出器の探索や、新しい量子多体現象に応用される可能性がある。
寿命の長い光遷移では感度が向上するが、標準の人口減衰検出技術が実験的に困難になっているため、これらの長寿命光励起状態の多くで自然寿命を決定することは困難である。
ここでは、2つの遷移を1つの光学キャビティに結合し、各遷移周波数近傍の原子とキャビティモードとの相互作用強度をインターリーブ非破壊測定することにより、あまり知られていないウルトラナロー線幅遷移(^3$p$_0$ to $^1$s$_0$ in $^{87}$sr)と別の狭い既知の遷移(^3$p$_1$ to $^1$s$_0$)の比率を決定する。
この方法では、クロック遷移の自然な行幅を$^3$p$_0$から$^1$s$_0$ in $^{87}$sr に決定し、$\gamma_0/(2\pi) = 1.35(3)~$mhzまたは$\tau=118(3)~$sとする。
30〜\mu$hzの解像度は、寿命が2時間未満の状態を検出できることを意味しており、将来的には簡単に15時間以内の状態を検出できる。
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