論文の概要: Nuclear clocks for testing fundamental physics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2012.09304v1
- Date: Wed, 16 Dec 2020 22:45:59 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-20 10:55:17.964919
- Title: Nuclear clocks for testing fundamental physics
- Title（参考訳）: 基礎物理実験のための核時計
- Authors: E. Peik, T. Schumm, M. S. Safronova, A. P\'alffy, J. Weitenberg and P.
G. Thirolf
- Abstract要約: 低エネルギーで長寿命な229ドルThの異性体は、物理学者の多分野のコミュニティを刺激し続けている。
電子シェルの共鳴に基づいて高精度な原子時計を作ることができる。
核時計は、物理学の基本原理の高度に敏感なテストの機会を開く。
- 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: The low-energy, long-lived isomer in $^{229}$Th, first studied in the 1970s
as an exotic feature in nuclear physics, continues to inspire a
multidisciplinary community of physicists. Using the nuclear resonance
frequency, determined by the strong and electromagnetic interactions inside the
nucleus, it is possible to build a highly precise nuclear clock that will be
fundamentally different from all other atomic clocks based on resonant
frequencies of the electron shell. The nuclear clock will open opportunities
for highly sensitive tests of fundamental principles of physics, particularly
in searches for violations of Einstein's equivalence principle and for new
particles and interactions beyond the standard model. It has been proposed to
use the nuclear clock to search for variations of the electromagnetic and
strong coupling constants and for dark matter searches.
The $^{229}$Th nuclear optical clock still represents a major challenge in
view of the tremendous gap of nearly 17 orders of magnitude between the present
uncertainty in the nuclear transition frequency and the natural linewidth.
Significant experimental progress has been achieved in recent years, which will
be briefly reviewed. Moreover, a research strategy will be outlined to
consolidate our present knowledge about essential $^{229\rm{m}}$Th properties,
to determine the nuclear transition frequency with laser spectroscopic
precision, realize different types of nuclear clocks and apply them in
precision frequency comparisons with optical atomic clocks to test fundamental
physics. Two avenues will be discussed: laser-cooled trapped $^{229}$Th ions
that allow experiments with complete control on the nucleus-electron
interaction and minimal systematic frequency shifts, and Th-doped solids
enabling experiments at high particle number and in different electronic
environments.
- Abstract（参考訳）: 1970年代に核物理学のエキゾチックな特徴として初めて研究された$^{229}$Thの低エネルギーで長寿命の異性体は、物理学者の多分野のコミュニティを刺激し続けている。
核内の強い相互作用と電磁相互作用によって決定される核共鳴周波数を用いて、電子シェルの共鳴周波数に基づいて、他のすべての原子時計と根本的に異なる高精度な原子時計を構築することができる。
核時計は物理学の基本原理の高感度な試験、特にアインシュタインの等価原理違反の探索、および標準モデルを超えた新しい粒子と相互作用の機会を開く。
核時計を用いて電磁的および強い結合定数の変動を探索し、暗黒物質探索を行うことが提案されている。
$^{229}$Th 核光学時計は、現在の核遷移周波数と自然線幅の不確実性の間の17桁近くの大きさの巨大なギャップを考えると、依然として大きな課題である。
近年、重要な実験的進歩が達成されており、概ね概観される。
さらに、本質的な$^{229\rm{m}}$Th特性に関する現在の知識を集約し、レーザー分光精度で核遷移周波数を決定し、異なるタイプの核時計を実現し、光原子時計と精密周波数比較で基礎物理学をテストするための研究戦略を概説する。
レーザー冷却された$^{229}$Thイオンは、核-電子相互作用と最小の系統的な周波数シフトの完全な制御が可能な実験であり、Thドープ固体は高粒子数および異なる電子環境における実験を可能にする。
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