論文の概要: Scheme for continuous force detection with a single electron at the
$10^{-27}\mathrm{N}$ level
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.05998v1
- Date: Thu, 8 Feb 2024 19:00:06 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-02-12 19:07:30.826951
- Title: Scheme for continuous force detection with a single electron at the
$10^{-27}\mathrm{N}$ level
- Title(参考訳): 10^{-27}\mathrm{n}$レベルにおける単一電子による連続力検出法
- Authors: Dominika \v{D}urov\v{c}\'ikov\'a, Vivishek Sudhir
- Abstract要約: 本研究では, 単一トラップ電子を用いた高感度連続力検出手法を提案する。
単一電子とマイクロ波の波長の間の大きさの相違にもかかわらず、電荷の零点運動を継続的に監視することが可能である。
この感度は、最先端の4桁の精度で向上し、新しい精度実験への道を開く。
- 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 detection of weak forces is a central problem in physics and engineering,
ranging in importance from fundamental pursuits such as precision tests of
gravity, gravitational-wave detection, and searches for dark matter, to
applications such as force microscopy. These pursuits require a low-mass
mechanical force transducer with a high quality factor, whose motion can be
measured in a quantum-noise-limited manner. Here we study the ultimate example
of such a transducer: a single trapped electron. We propose and analyze in
detail a new scheme for high-sensitivity continuous force detection using a
single trapped electron whose motion is coupled to a microwave cavity field via
image currents induced in an antenna. We derive the fundamental and technical
limits to the sensitivity of this scheme and show that despite the disparity in
size between that of a single electron and the wavelength of the microwave
field, it is possible to continuously monitor the charge's zero-point motion
and use it as a force detector with a sensitivity as low as $6\times 10^{-27}\,
\mathrm{N}/ \sqrt{\mathrm{Hz}}$ in the gigahertz regime. This sensitivity
improves on the state-of-the-art by four orders of magnitude and thus paves the
way to novel precision experiments.
- Abstract(参考訳): 弱い力の検出は物理学や工学における中心的な問題であり、重力の精密テスト、重力波検出、ダークマターの探索などの基礎的な研究から、力顕微鏡のような応用まで重要視されている。
これらの追従は、量子ノイズに制限された動きを測定することができる高品質な係数を持つ低質量の機械力変換器を必要とする。
ここでは、そのようなトランスデューサの究極の例である1つの閉じ込められた電子について研究する。
本研究では,アンテナに誘導される画像電流を介してマイクロ波空洞場に運動が結合された単一捕獲電子を用いた高感度連続力検出手法を提案し,より詳細に解析する。
我々は、このスキームの感度に対する基本的な技術的限界を導出し、単一電子とマイクロ波場の波長との大きさの差にもかかわらず、電荷のゼロ点運動を連続的に監視し、ギガヘルツ法において6\times 10^{-27}\, \mathrm{n}/ \sqrt{\mathrm{hz}}$ 以下の感度の力検出器として使用できることを示した。
この感度は、最先端の4桁の精度で向上し、新しい精度実験への道を開く。
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