論文の概要: High precision differential clock comparisons with a multiplexed optical lattice clock

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2109.12237v1
• Date: Fri, 24 Sep 2021 23:58:33 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-13 20:49:58.016629
• Title: High precision differential clock comparisons with a multiplexed optical lattice clock
• Title（参考訳）: 多重光格子時計による高精度差分クロックの比較
• Authors: Xin Zheng, Jonathan Dolde, Varun Lochab, Brett N. Merriman, Haoran Li, Shimon Kolkowitz
• Abstract要約: 我々は超低温ストロンチウム原子の可動アンサンブルを閉じ込めた「多重」1次元光学格子時計を実装した。 原子-レーザーのコヒーレンス時間よりも270倍に向上した原子-原子のコヒーレンス時間を最大26秒間観察した。 このプラットフォームが提供するユニークな能力は、精密同位体シフト測定の今後の研究の道を開くものである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.155753113587854
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Rapid progress in the precision and accuracy of optical atomic clocks over the last decade has advanced the frontiers of timekeeping, metrology, and quantum science. However, the stabilities of most optical clocks remain limited by the local oscillator rather than the atoms themselves, leaving room for further progress. Here we implement a "multiplexed" one-dimensional optical lattice clock, in which spatially-resolved, movable ensembles of ultra-cold strontium atoms are trapped in the same optical lattice, interrogated simultaneously by a shared clock laser, and read-out in parallel. By performing synchronized Ramsey interrogations of ensemble pairs we observe atom-atom coherence times up to 26 seconds, a 270-fold improvement over the atom-laser coherence time, demonstrate a relative stability of $9.7(4)\times10^{-18}/\sqrt{\tau}$ (where $\tau$ is the averaging time in seconds), and reach a fractional uncertainty of $8.9(3)\times 10^{-20}$ after 3.3 hours of averaging. These results demonstrate that applications requiring ultra-high-precision comparisons between optical atomic clocks need not be limited by the stability of the local oscillator. With multiple ensemble pairs, we realize a miniaturized clock network consisting of 6 atom ensembles, resulting in 15 unique pairwise clock comparisons with relative stabilities below $3\times10^{-17}/\sqrt{\tau}$. Finally, we demonstrate the capability to simultaneously load spatially-resolved, heterogeneous ensemble pairs of all four stable isotopes of strontium in a lattice. The unique capabilities offered by this platform pave the way for future studies of precision isotope shift measurements, spatially resolved characterization of limiting clock systematics, development of clock-based gravitational wave and dark matter detectors, and novel tests of relativity including measurements of the gravitational redshift at sub-centimeter scales.
• Abstract（参考訳）: 過去10年間の光原子時計の精度と精度の急速な進歩は、タイムキーピング、メトロロジー、量子科学のフロンティアを進歩させてきた。 しかし、ほとんどの光学時計の安定性は原子自体よりも局所振動子によって制限されており、さらなる進歩の余地を残している。 ここでは、空間分解された超低温ストロンチウム原子の可動アンサンブルを同じ光学格子に閉じ込め、共有クロックレーザーで同時に尋問し、並列に読み出す「多重化」1次元光学格子時計を実装した。 アンサンブル対のシンクロナイズされたラムゼーの尋問を行うことで、原子-レーザーのコヒーレンス時間に対する270倍の改善、9.7(4)\times10^{-18}/\sqrt{\tau}$(ここでは、$\tau$は平均1秒平均時間)の相対安定性を示し、平均3.3時間後に8.9(3)\times 10^{-20}$の分数不確実性に達する。 これらの結果は、局所振動子の安定性により、光学原子時計間の超高精度比較を必要とする応用は制限されないことを示した。 複数のアンサンブルペアで6個のアトムアンサンブルからなる小型時計ネットワークを実現し、15個の一意的なペアワイズクロック比較と3\times10^{-17}/\sqrt{\tau}$以下の相対安定性を実現した。 最後に,4つの安定同位体であるストロンチウムの空間分解型不均質アンサンブルペアを格子中に同時にロードする能力を示す。 このプラットフォームが提供するユニークな能力は、精密同位体シフト測定の将来の研究方法、制限時間体系の空間分解特性、クロックベースの重力波とダークマター検出器の開発、およびセンチメートル以下のスケールでの重力赤偏移の測定を含む新しい相対性試験の道を開く。

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