論文の概要: Sensing microscopic directional noise baths with an optically cooled and levitated nanoparticle

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.06765v2
• Date: Thu, 14 Dec 2023 11:42:22 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-12-16 04:44:32.966448
• Title: Sensing microscopic directional noise baths with an optically cooled and levitated nanoparticle
• Title（参考訳）: 光冷却・浮遊ナノ粒子を用いた微視的指向性雑音浴のセンシング
• Authors: J.M.H. Gosling, A. Pontin, J. H. Iacoponi, P.F. Barker and T.S. Monteiro
• Abstract要約: オプトメカニカルデバイスは、慣性センシングから溶出性ダークマターの探索に至るまで、超弱力センサとして活用されている。 ホワイトノイズインパルスの実験的なシグネチャについて検討する。 クロス相関パワースペクトルは, 指向性だが微妙な力のキャリブレーションのないシグネチャを提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Optomechanical devices are being harnessed as sensors of ultraweak forces for applications ranging from inertial sensing to the search for the elusive dark matter. For the latter, there is a focus on detection of either higher energy single recoils or ultralight, narrowband sources; a directional signal is expected. However, the possibility of searching for a stochastic stream of weak impulses, or more generally a directional broadband signal, need not be excluded; with this and other applications in mind, we investigate the experimental signature of Gaussian white noise impulses with a well defined direction $\Psi$ on a levitated nanosphere, trapped and 3D cooled in an optical tweezer. We find that cross-correlation power spectra offer a calibration-free distinctive signature of the presence of a directional but stochastic microscopic force and its orientation quadrant, unlike normal power spectral densities (PSDs). We obtain excellent agreement between theoretical and experimental results. With calibration we are able to measure the angle $\Psi$, akin to a force compass in a plane. We discuss prospects for extending this technique into quantum regime and compare the expected behaviour of quantum baths and classical baths.
• Abstract（参考訳）: オプトメカニカルデバイスは、慣性センシングから溶出性ダークマターの探索に至るまで、超弱力センサとして活用されている。 後者は、高エネルギー単一コイルまたは超軽量狭帯域源の検出に焦点を当てており、指向性信号が期待されている。 しかし、弱いインパルス、あるいはより一般的には指向性ブロードバンド信号の確率的ストリームを探索する可能性は排除される必要はなく、これや他の応用を念頭に置いて、光ツイーザーで閉じ込められ、3D冷却された浮遊ナノスフィア上で、よく定義された方向のガウスホワイトノイズインパルスの実験的シグネチャを調査する。 相関パワースペクトルは、通常のパワースペクトル密度 (psds) とは異なり、方向的だが確率的微視的力とその向きの四角形の存在に対するキャリブレーションフリーな特徴的シグネチャを与える。 理論結果と実験結果の相性は良好である。 キャリブレーションによって、平面内の力コンパスに似た、$\psi$の角度を測定することができます。 この手法を量子状態に拡張し、量子浴と古典浴の期待される挙動を比較する。

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